JP6908117B2 - 中空の部材 - Google Patents

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Description

本発明は、中空の部材に関する。
自動車、鉄道車両、航空機又は建物等の構造物の形成方法の一つに、骨格に相当するフレームと、その他の構造部材（外皮等）とにより構造物を形成する方法がある。このようなフレームには、典型的には、構造物の強度向上およびコスト抑制の観点から、高強度化および軽量化が求められる。例えば、自動車に関しては、衝突安全性能の維持又は向上、および燃費向上の観点から、フレームを形成する鋼板の高強度化および薄肉化が進められている。
また、自動車の衝突時等においてフレームの変形を抑制するために、発泡樹脂材等により形成される充填部材が当該フレームの内側に充填されることがある。例えば、下記特許文献１には、フレームの内側に、充填部材が隙間なく配置される技術が開示されている。
特開２００２−１８８６８号公報
自動車の衝突時のようにフレームに荷重が加えられると、フレームが変形する。このときフレームの断面に変形が生じる。この変形を断面変形という。そして、フレームに加えられる荷重が所定値を超えると、フレームに座屈が生じてフレームの耐荷重性能が著しく低下する。座屈が生じるということは、折れ曲がるということである。この場合、フレームについて想定されていたエネルギ吸収量を確保できなくなる可能性がある。
フレームの内部空間に充填部材を充填することでフレームの断面変形が抑制されると考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の技術のように充填部材をむやみに充填すると、エネルギ吸収量の向上の代償として、フレームの重量を増加させてしまう。
そのため、充填部材によるエネルギ吸収量の向上に対する質量効率をさらに高め、かつフレームのエネルギ吸収量を減少させる要因となる面外変形を抑制することが有用であると本発明者らは考えた。しかし、面外変形を抑制しフレームのエネルギ吸収量を向上させるための充填部材の効果的な配置については、これまで何ら検討されていなかった。
本発明は、上記問題に鑑みてなされた。本発明の目的は、荷重入力時のエネルギ吸収を高い質量効率で実現する、新規且つ改良された中空の部材を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明によれば、長手方向の一部に曲げ誘起部を有する、中空の金属部材と、ヤング率２０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下の樹脂からなり、前記金属部材に密着して荷重入力時に前記曲げ誘起部により誘起され曲げ内側となる前記曲げ誘起部に配置された樹脂材と、を備え、前記曲げ誘起部から前記樹脂材の前記長手方向の端部までの距離が、前記金属部材の断面高さの２分の１以下となる範囲内で、前記樹脂材は、前記曲げ誘起部、及び前記曲げ誘起部の前記長手方向両側の周辺部分を覆うように配置され、前記樹脂材は、前記金属部材の断面において、前記断面の重心から前記曲げ誘起部に向かう方向で定義される前記断面の高さ方向で前記断面を２等分する境界より前記曲げ誘起部のある側に配置される、中空の部材が提供される。
前記金属部材は、底壁部と、前記底壁部の両端から起立した一対の側壁部と、前記底壁部に対向する天壁部とを有し、前記底壁部、前記一対の側壁部および前記天壁部により閉断面を形成してもよい。
前記樹脂材は、前記底壁部又は前記天壁部の少なくともいずれかの内面に密着して配置されてもよい。
前記樹脂材は、前記一対の側壁部の少なくともいずれかの内面に密着して配置されてもよい。
前記金属部材の内側において前記金属部材を形成する第１の金属板と接合して第２の金属板が配置されてもよい。
前記樹脂材は、前記第２の金属板に密着して配置されてもよい。
前記金属部材を形成する第１の金属板は穴部を有し、前記樹脂材は発泡樹脂からなり、前記樹脂材は前記穴部を貫通して前記第１の金属板の外面と内面の両面に密着して配置されてもよい。
前記穴部の穴縁端は、前記金属部材を形成する第１の金属板よりも前記金属部材の内方に位置してもよい。
前記穴部は、前記金属部材を形成する第１の金属板の外側から内側に向かって前記穴部の穴縁端が突出するバーリング穴であってもよい。
前記穴部には、前記金属部材を形成する第１の金属板よりも前記金属部材の内方に窪んだ窪み部が設けられ、前記穴部は、前記窪み部の内部に設けられてもよい。
前記曲げ誘起部は、前記金属部材の全塑性モーメントが前記長手方向で変化する部分であってもよい。
前記曲げ誘起部は、前記金属部材の断面の重心により形成される前記長手方向に沿った前記重心の軌跡の曲率半径が２６０ｍｍ以下である部分であってもよい。
前記曲げ誘起部は、板厚変化部であってもよい。
前記曲げ誘起部は、凹部が設けられた部分であってもよい。
前記曲げ誘起部は、凸部が設けられた部分であってもよい。
前記曲げ誘起部は、穴部が設けられた部分であってもよい。
前記樹脂材は、前記曲げ誘起部の一部に配置され、前記曲げ誘起部の他の一部に配置されなくてもよい。
上記構成によれば、荷重の入力時に曲げ誘起部により曲げ変形が誘起される一方で、曲げ誘起部に配置された樹脂材により、曲げ変形発生時に曲げ誘起部において生じる面外変形を抑制することができる。これにより、荷重の入力時における中空の部材の面外変形が抑制されるので、中空の部材の断面により発揮される耐荷重性能を設計段階において想定されていたレベルで維持することができる。そのため、荷重入力時のエネルギ吸収量を向上させることができる。また、面外変形を抑制すべき場所が曲げ誘起部又はその周囲に限定されるので、荷重入力時のエネルギ吸収量を高い質量効率で向上させることができる。
以上説明したように本発明によれば、荷重入力時のエネルギ吸収を高い質量効率で実現することができる。
本発明の一実施形態に係るフレームの適用対象について説明するための自動車の概要構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るフレームの一例の概略構成を示す斜視図である。 同実施形態に係る中空部材の一例のＹ軸方向に直交する断面を示す断面図である。 中空部材の断面の重心の軌跡を可視化した模式図である。 同実施形態に係るフレームの一例のＺ軸方向に直交する断面における断面図である。 図５に示したフレームのＩＩ−ＩＩ切断線における断面図である。 図５に示したフレームのＩＩＩ−ＩＩＩ切断線における断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第１の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第２の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第３の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るフレームの一例の概略構成を示す斜視図である。 同実施形態に係るフレームの一例のＺ軸方向に直交する断面を示す断面図である。 図１２に示したフレームのＶ−Ｖ切断線における断面図である。 図１２に示したフレームのＶＩ−ＶＩ切断線における断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第１の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第２の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第３の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第２の配置例の変形例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第３の配置例の変形例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第４の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るフレームの一例の概略構成を示す斜視図である。 同実施形態に係るフレームの一例のＺ軸方向に直交する断面を示す断面図である。 図２２に示したフレームのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ切断線における断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第１の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第２の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第３の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第４の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第５の配置例を説明するためのフレームの断面図である。 同実施形態に係る充填部材の第４の配置例および第５の配置例の変形例を説明するためのフレームの断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るフレームの一例の構成例を示す部分断面図である。 同実施形態に係るフレームの一例による作用の一例を示す部分断面図である。 同実施形態の第１の変形例に係るフレームの構成例を示す部分断面図である。 同変形例に係るフレームによる作用の一例を示す部分断面図である。 同実施形態の第２の変形例に係るフレームの構成例を示す部分断面図である。 同実施形態の第３の変形例に係るフレームの構成例を示す部分断面図である。 同実施形態の第４の変形例に係るフレームの構成例を示す部分断面図である。 同実施形態の第５の変形例に係るフレームの構成例を示す部分断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るフレームの一例の概略構成を示す斜視図である。 同実施形態に係るフレームの一例のＺ軸方向に直交する断面における断面図である。 図３９に示したフレームのＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ切断線における断面図である。 図３９に示したフレームのＸＩＶ−ＸＩＶ切断線における断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る穴部に対向して設けられる充填部材の変形例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられるビード部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられるビード部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられるビード部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る凹部の形状および大きさの一例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る凸部の形状および大きさの一例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる板厚変化部の一例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる薄肉部の一例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の他の例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる強度変化部の一例を示す模式図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる屈曲部および穴部の組み合わせの例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる屈曲部および穴部の組み合わせの例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材に設けられる屈曲部および穴部の組み合わせの例を説明するためのフレームの断面図である。 一実施形態に係る中空部材の内側にレインフォースメントを長手方向に離間して並設した構成例を示すフレームの断面図である。 本発明の他の実施形態に係る中空部材の第１の例の長手方向に直交する断面を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る中空部材の第２の例の長手方向に直交する断面を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る中空部材の第３の例の長手方向に直交する断面を示す断面図である。 フレームに設けられた曲げ誘起部（屈曲部）と充填部材の具体例を示す断面図である。 フレームに設けられた曲げ誘起部（屈曲部）と充填部材の別の具体例を示す断面図である。 中空部材の一例を示す断面図である。 中空部材の別の例を示す断面図である。 フレームに設けられた曲げ誘起部（穴部）と充填部材の具体例を示す断面図である。 フレームに設けられた曲げ誘起部（凹部）と充填部材の具体例を示す断面図である。 フレームに設けられた曲げ誘起部（凸部）と充填部材の具体例を示す断面図である。 フレームに設けられた曲げ誘起部（板厚変化部）と充填部材の具体例を示す断面図である。 フレームに設けられた曲げ誘起部（異強度部）と充填部材の具体例を示す断面図である。 Ｘ軸方向から見たときのフレームの具体例を示す平面図である。 Ｘ軸方向から見たときのフレームの別の具体例を示す平面図である。 Ｘ軸方向から見たときのフレームの別の具体例を示す平面図である。 Ｙ軸方向に直交する断面におけるフレーム及び充填部材の具体例を示す断面図である。 Ｙ軸方向に直交する断面におけるフレーム及び充填部材の具体例を示す断面図である。 Ｙ軸方向に直交する断面におけるフレーム及び充填部材の具体例を示す断面図である。 Ｙ軸方向に直交する断面におけるフレーム及び充填部材の具体例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る比較例２および実施例１に係るフレームの屈曲部における断面形状の衝突シミュレーション前後の変化を示す図である。 同実施形態に係る比較例２および実施例１に係るフレームの屈曲部における断面形状の衝突シミュレーション前後の変化を示す図である。 同実施形態に係る各サンプルに係るフレームの、ストロークＳｔに対するＥ．Ａ．を示すグラフである。 同実施形態に係る各サンプルに係るフレームのＥ．Ａ．＝１４ｋＪに対するストロークＳｔ１４ｋＪを示すグラフである。 同実施形態に係る比較例１に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪに対する、比較例２、比較例３および実施例１に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪの改善代を示すグラフである。 本発明の第４の実施形態に係る実施例１および実施例２に係る十字引張試験に用いられるサンプルの構成を示す上面図である。 同実施形態に係る実施例１に係るサンプルの構成を示す側方断面図である。 同実施形態に係る実施例２に係るサンプルの構成を示す側方断面図である。 同実施形態に係る比較例に係るサンプルの構成を示す側方断面図である。 同実施形態に係る十字引張試験により計測された各サンプルの最大荷重を示すグラフである。 充填部材の配置範囲に関する実施例のシミュレーション設定を説明するための図である。 充填部材の配置範囲に関する実施例１〜実施例５および参考例１の変形前後の断面図の一覧表を示す図である。 充填部材の配置範囲に関する実施例１〜実施例５および参考例１の、参考例１のエネルギ吸収量を１とした場合のエネルギ吸収量の比率である吸収エネルギ比を示すグラフである。 充填部材の配置範囲に関する実施例６〜実施例１０および参考例２の変形前後の断面図の一覧表を示す図である。 充填部材の配置範囲に関する実施例６〜実施例１０および参考例２の、参考例２のエネルギ吸収量を１とした場合のエネルギ吸収量の比率である吸収エネルギ比を示すグラフである。 全塑性モーメント変化部に関する実施例の中空部材の平面図である。 全塑性モーメント変化部に関する各実施例及び参考例に係る中空部材の全塑性モーメント比率の長手方向の変化を示すグラフである。 全塑性モーメント変化部に関する参考例に係る中空部材の曲げ変形が生じた領域を示す図である。 全塑性モーメント変化部に関する実施例１に係る中空部材の曲げ変形が生じた領域を示す図である。 全塑性モーメント変化部に関する実施例２に係る中空部材の曲げ変形が生じた領域を示す図である。 全塑性モーメント変化部に関する実施例３に係る中空部材の曲げ変形が生じた領域を示す図である。 全塑性モーメント変化部に関する各実施例及び参考例に係る中空部材の全塑性モーメント比率の長手方向の変化および曲げ変形が生じた位置を示すグラフである。 充填部材のヤング率に関する実施例のフレームの側面図である。 図１２１に示したフレームの平面図である。 図１２２に示したフレームのＡ１−Ａ１切断線における断面図である。 図１２２に示したフレームのＡ２−Ａ２切断線における断面図である。 充填部材のヤング率に関する実施例に係る充填部材の密度と、降伏応力およびヤング率との関係を示すグラフである。 充填部材のヤング率に関する各実施例および参考例の変形挙動の一覧を示す図である。 充填部材のヤング率に関する各実施例および参考例の変形時の反力及びストロークを示すグラフである。 充填部材のヤング率に関する各実施例および参考例の衝突エネルギ吸収量を示すグラフである。 薄肉化されたフレームの断面形状の変化の一例を示す断面図である。 薄肉化されたフレームの断面形状の変化の他の例を示す断面図である。 充填部材が配設されたフレームの構成例を示す部分断面図である。 充填部材が配設されたフレームによる作用の一例を示す部分断面図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜＜１．中空の部材の適用対象＞＞
本発明の一実施形態に係る中空の部材は、様々な構造部材として利用可能である。本明細書では、その一例として、一実施形態に係る中空の部材が、車両用構造部材として車両用フレームに利用される場合について説明する。以下では、車両用フレームを、単にフレームと記載する。
図１は、本実施形態に係るフレームの適用対象について説明するための自動車の概要構成図である。図１に示す一般的な自動車等の車両１０００に設けられる車体は、フロント構造（FRONT）、リア構造（REAR）、およびキャビン構造（CABIN）に分別することができる。
フロント構造およびリア構造は、「クラッシャブルゾーン」とも呼ばれ、車両に対する衝撃を吸収して緩和する機能（衝撃吸収機能）を担っている。クラッシャブルゾーンは、車両衝突時に衝突エネルギにより圧潰される。すなわち、車両衝突時に、キャビンに搭乗する乗員の安全を確保するために、フロント構造およびリア構造は、衝突により生じるエネルギ（衝突エネルギ）を吸収する構造であることが要求される。したがって、フロント構造およびリア構造を構成するフレームは、衝突時に曲げや潰れが生じた際においても衝突エネルギを吸収することが求められる。当該フロント構造およびリア構造に用いられるフレームは、例えば、フロントサイドメンバ、リアサイドメンバ、バンパーレインフォースメント、およびクラッシュボックス等である。フロントサイドメンバは、後端部を構成するフロントサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するフロントサイドメンバフロントを含む。リアサイドメンバは、後端部を構成するリアサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するリアサイドメンバフロントを含む。
一方で、キャビン構造は、「セーフティゾーン」とも呼ばれ、車両衝突時において当該車両に搭乗している乗員の安全を確保する機能（乗員保護機能）を担っている。すなわち車両衝突時に、乗員の安全を確保するために、キャビン構造は、衝撃力に対して潰れにくい構造であることが要求される。したがって、キャビン構造を構成するフレームは変形しにくく、かつ、高い耐荷重性能を有することが求められる。当該キャビン構造に用いられるフレームは、例えば、フロントピラー（Ａピラー）、センターピラー（Ｂピラー）、リアピラー（Ｃピラー、Ｄピラー）、フロントピラーロア（Ａピラーロア）、サイドシル、ルーフレール、クロスメンバ、およびトンネル等である。
ところで、車両の衝突安全性能の維持と軽量化とを両立させるために、車体構造を形成する構造材（例えば鋼板）の高強度化および薄肉化が進められている。上記のフロント構造、リア構造およびキャビン構造を構成するフレームについても、薄肉化された高強度鋼板に置き換えることが進められている。置き換えには、衝突エネルギ吸収量および耐荷重性能の少なくともいずれかが、従来のフレームと同等になることが求められる。高強度鋼板により形成されるフレームの板厚は、従来の鋼板により形成されるフレームよりも薄くすることが可能である。これにより、高強度フレームの衝突性能を従来フレームと同等に維持しつつ、フレームの重量を低減させることができると考えられている。
しかし、薄肉化されたフレームに対して長手方向に衝突が生じた場合、フレームが曲げられたときにフレームの断面変形が大きくなると、フレームについて想定されていた衝突安全性能を確保できなくなる可能性があることを、本発明者らは見出した。フレームの板厚が薄いほど座屈は発生することが多い。
図１２９は、薄肉化されたフレーム９００の断面形状の変化の一例を示す断面図である。図１２９に示すように、フレーム９００の長手方向（Ｙ軸方向）に衝突荷重が加えられ、フレーム９００に曲げが生じると、底壁部９００ａが面外方向に膨らみ、かつ、側壁部９００ｂが面外方向に撓むように変形する（断面形状９０１）。なお、底壁部９００ａが曲げ内側である。さらに曲げが進展すると、底壁部９００ａおよび側壁部９００ｂの面外方向への変形がさらに進む。その結果、フレーム９００は座屈する。座屈したフレーム９００の断面形状９０２は、当初の断面形状から大幅に逸脱する。
また、図１３０は、薄肉化されたフレーム９１０の断面形状の変化の他の例を示す断面図である。図１３０に示すように、フレーム９１０の長手方向（Ｙ軸方向）に衝突荷重が加えられ、または底壁部９１０ａの面に垂直方向に衝突荷重が加えられ、フレーム９１０に曲げが生じると、底壁部９１０ａが凹み、かつ、側壁部９１０ｂが撓むように変形する（断面形状９１１）。なお、底壁部９１０ａが曲げ内側である。さらに曲げが進展すると、底壁部９１０ａおよび側壁部９１０ｂが面外方向に更に変形する。その結果、フレーム９１０は座屈する。座屈したフレーム９１０の断面形状９１２は、当初の断面形状から大幅に逸脱する。図１２９および図１３０に示したような座屈がフレーム９００（９１０）に生じると、断面が偏平に潰れる。このような変形を断面潰れという。
構造材の曲げ剛性は構造材の板厚に依存する。フレームの板厚が従来よりも薄くなると、フレームを構成する面が面外変形しやすくなる。その結果、フレームの曲げ剛性が低下する。すなわち、図１２９および図１３０に示したような、フレームの曲げ変形が生じやすくなる。フレームが断面変形すると、フレームの高さ（厚さ）が徐々に小さくなるため、曲げ剛性は徐々に小さくなる。そして曲げ変形が進み、座屈が生じると急激に曲げ剛性が低下する。座屈の結果、フレームの耐荷重性能は、設計した値よりも極端に低くなる。そのため、当該フレームが従来有する衝突安全性能が低減してしまう。つまり、単に高強度鋼板を用いてフレームを薄肉化することにより車体の軽量化を図るだけでは、フレームの断面変形あるいは座屈により、想定されていた衝突安全性能を確保できない可能性がある。
フレームの内部空間に充填部材を充填すると、フレームの断面変形を抑制することができる。しかしながら、充填部材を充填すると、荷重入力時のエネルギ吸収量は向上するが、フレームの重量を増加させてしまう。そこで、本発明者らは、荷重入力時に曲げ変形を誘起する曲げ誘起部を設け、当該曲げ誘起部に充填部材を配置することで、荷重入力時のエネルギ吸収量を高い質量効率で向上させることが可能な中空の部材に想到した。フレームに充填部材が配置されると、配置された場所は、充填部材により厚みが増すので、曲げ剛性が高められる。曲げ誘起部が優先して面外変形するため、曲げ誘起部に充填部材を配置することが効果的な充填部材の配置になる。本発明によれば、フレームが面外変形し座屈に至るまでの間、曲げ誘起部に配置された充填部材がフレームの剛性を高めた結果、フレームは粘り強くエネルギ吸収する。また、重量増加につながる充填部材の量も抑えることができる。以下、本発明の一実施形態に係る中空の部材について説明する。
以下では、本発明の一実施形態に係る中空の部材が車両用構造部材として適用される場合を例に説明する。この場合、荷重とは例えば衝突荷重である。また、荷重入力時のエネルギ吸収量とは、衝突荷重が入力された時のフレームによる衝突エネルギの吸収量である。衝突エネルギの吸収量を向上させることは、衝突安全性能を向上させることを意味する。
＜＜２．第１の実施形態＞＞
第１の実施形態は、第２の金属板に密着して、曲げ誘起部に樹脂材が配置される形態である。
＜２．１．フレームの構成＞
図２は、本発明の第１の実施形態に係るフレーム１の一例の概略構成を示す斜視図である。本明細書におけるフレーム１は、中空の部材の一例である。なお、当該中空の部材は、例えば、自動車のフロントサイドメンバ、リアサイドメンバに使用される。フロントサイドメンバは、後端部を構成するフロントサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するフロントサイドメンバフロントを含む。リアサイドメンバは、後端部を構成するリアサイドメンバリア、および当該後端部よりも前側の部分を構成するリアサイドメンバフロントを含む。また当該中空の部材は、自動車のピラーにも使用される。ピラーは、例えば、フロントピラー（Ａピラー）、センターピラー（Ｂピラー）、リアピラー（Ｃピラー、Ｄピラー）、フロントピラーロア（Ａピラーロア）を含む。また、当該中空の部材は、フロアレインフォースメント、フロアクロスメンバ、バンパーレインフォースメント、サイドシル、ルーフサイドレール、ルーフセンターレインフォースメント、クラッシュボックス、トンネル等にも使用できる。また、当該中空の部材は、自動車のみならず、他の車両および自走可能な機械にも適用可能である。他の車両および自走可能な機械には、例えば、二輪車両、バスまたは牽引車等の大型車両、トレーラー、鉄道車両、建設機械、鉱山機械、農業機械、一般機械、航空機および船舶等が含まれる。
本実施形態に係るフレーム１は、第１の構造部材２、第２の構造部材３、レインフォースメント４、および充填部材５を備える。本実施形態に係る中空部材１０は、第１の構造部材２、および第２の構造部材３により形成される。図３は、本実施形態に係る中空部材１０の一例のＹ軸方向に直交する断面を示す断面図である。以下、図２および図３を参照しながら、本実施形態に係るフレーム１の構成について説明する。
本実施形態に係る第１の構造部材２は、長尺状の中空部材１０を形成する構造部材の一例であり、ハット型の断面形状を有する。図２および図３に示すように、第１の構造部材２は、長手方向（Ｙ軸方向）に延びる底壁部２ａ、側壁部２ｂ、２ｂ、フランジ部２ｃ、２ｃ、および稜線部２ｄ、２ｄ、２ｅ、２ｅを有する。
側壁部２ｂは、底壁部２ａのＺ軸方向（幅方向）の両端から起立して設けられる。側壁部２ｂと底壁部２ａとにより成される角度は、略垂直に限らず部材の設計に応じて適宜設定される。また、稜線部２ｄは、底壁部２ａと側壁部２ｂとの境界となる部分である。
フランジ部２ｃは、側壁部２ｂの底壁部２ａに対し反対側の端部からＺ軸方向に沿って外側に起立して設けられる。フランジ部２ｃと側壁部２ｂのなす角度は部材の設計に応じて適宜決めればよい。また、稜線部２ｅは、側壁部２ｂとフランジ部２ｃとの境界となる部分である。
本実施形態に係る第２の構造部材３は、上記中空部材１０を第１の構造部材２とともに形成する構造部材の一例である。第２の構造部材３は板状の部材である。図３に示すように、第２の構造部材３は、天壁部３ａ、および接合部３ｃ、３ｃを有する。
天壁部３ａは、第１の構造部材２の底壁部２ａに対向する部分である。また、接合部３ｃは、第１の構造部材２のフランジ部２ｃに対して当接し、フランジ部２ｃと接合される部分である。つまり、天壁部３ａは、第２の構造部材３における一対の稜線部２ｅとのそれぞれの接続部分の間に存在する領域に相当する部分である。また、接合部３ｃは、第２の構造部材３における稜線部２ｅとフランジ部２ｃの端部とに挟まれるフランジ部２ｃの領域に当接する部分である。
本実施形態に係る中空部材１０は、フランジ部２ｃと接合部３ｃとが接合されることにより、第１の構造部材２と第２の構造部材３とにより形成される。このとき、図３に示すように、中空部材１０は閉断面を有する。この閉断面は、底壁部２ａと、一対の側壁部２ｂ、２ｂと、天壁部３ａにより形成される。なお、フランジ部２ｃと接合部３ｃとの接合方法は特に限定されない。例えば、当該接合方法は、レーザー溶接、アーク溶接、スポット溶接等の溶接でもよいし、リベットまたはボルト締結等の機械接合でもよいし、接着剤やろう付けによる接着でもよい。本実施形態では、フランジ部２ｃと接合部３ｃは、スポット溶接により接合される。
なお、中空部材１０の有する閉断面の形状は略多角形である。ここで、略多角形とは、複数の線分で近似表現することが可能である閉じた平面図形を意味する。例えば、図３に示した閉断面は、４つの線分（底壁部２ａ、側壁部２ｂ、天壁部３ａに相当）および４つの頂点（稜線部２ｄ、２ｅに相当）からなる略四角形である。この略四角形は、矩形、台形等を含む。
また、中空部材１０が有する閉断面の形状が略四角形以外の略多角形である場合であっても、本明細書において、当該中空部材１０は、底壁部２ａ、一対の側壁部２ｂ、２ｂおよび天壁部３ａにより形成されるものとして説明する。中空部材１０の有する閉断面の形状の例については後述する。
中空部材１０は、上記説明したように閉断面構造を有してもよいし、Ｕ字状等の開放断面構造を有していてもよい。また、中空部材１０の長手方向に直交する断面の形状は特に限定されない。例えば、中空部材１０の断面形状は、矩形断面であってもよいし、円形断面であってもよい。
本実施形態に係る中空部材は、金属部材の一例である。本実施形態に係る第１の構造部材２および第２の構造部材３は、例えば鋼板等の金属板により形成される。本実施形態に係る第１の構造部材２および第２の構造部材３は、第１の金属板の一例である。軽量化の観点から両構造部材の板厚はバス等の大型の車両で多く用いられるフレーム構造では、板厚は２．３ｍｍ以下が好ましく、通常のサイズの車両で多く用いられるモノコック構造車両では板厚は１．８ｍｍ以下であることが好ましく、バイク等の小型車両では板厚は１．４ｍｍ以下であることが好ましい。更に、本発明の観点では、これら板厚の比較的薄い金属板に曲げ誘起部を設けると、曲げ誘起部で他の箇所より優先して面外変形を発生させることができる。また、本実施形態に係る第１の構造部材２および第２の構造部材３の強度は特に限定されない。ただし、両構造部材の引張強度は７８０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、両構造部材の引張強度は９８０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。なぜなら、中空部材を構成する金属部材は、曲げ誘起部において最も高い引張応力が付与される表面に配置されるからである。引張強度の低い部材は降伏強度も低い。降伏強度が低いと面外変形が生じたとき、容易に中空部材が塑性変形してしまう。塑性変形が進むと、中空部材が座屈する。
図２に戻り、フレーム１の構成要素について説明する。レインフォースメント４は、図２に示すように、中空部材１０の内側に配置される。レインフォースメント４は、図２に示すように、主面部４ａおよび接合部４ｂを有する。本実施形態に係る主面部４ａは、底壁部２ａおよび天壁部３ａに対向するように、レインフォースメント４は配置される。
また、本実施形態に係る接合部４ｂは、側壁部２ｂに接合される。これにより、主面部４ａが一対の側壁部２ｂ、２ｂ間を架け渡すように設けられる。そうすると、中空部材１０に衝撃が加わった際にレインフォースメント４が一対の側壁部２ｂ、２ｂの変形を抑えるので、中空部材１０の断面変形を抑制することができる。なお、接合部４ｂと側壁部２ｂとの接合方法は特に限定されない。例えば、当該接合方法は、フランジ部２ｃと接合部３ｃとの接合と同様に特に限定されない。本実施形態では、接合部４ｂと側壁部２ｂは、スポット溶接により接合される。また、レインフォースメント４は、充填部材５の配置領域を区切るためのしきい板としての機能も有する。
本実施形態に係るレインフォースメント４は、第２の金属板の一例である。本実施形態に係るレインフォースメント４は、例えば鋼板等の金属板により形成される。また、レインフォースメント４を形成する材料は、プラスチック、炭素繊維、合金板または複合材であってもよい。
なお、本実施形態に係るレインフォースメント４の中空部材１０の内部における具体的な配置位置については後述する。
本実施形態に係る充填部材５は、樹脂材である。充填部材５は、ウレタン系、エポキシ系又はその他の任意の樹脂から成る。充填部材５は、ウレタン系の樹脂であれば、最大３００ＭＰａ程度、エポキシ系の樹脂であれば、最大３０００ＭＰａ程度のヤング率で、形成可能である。充填部材５は、例えば発泡樹脂からなる硬質の発泡充填部材であってもよい。発泡樹脂は、中空部材１０の内側に充填された後に、化学変化により硬化して、充填部材５が形成される。充填部材５のヤング率は、２０ＭＰａ以上であることが好ましい。充填部材５のヤング率は、充填部材５を形成する樹脂の密度に応じて変化させることができる。ただし、樹脂の密度が高いほど樹脂の成形が難しくなるので、充填部材５のヤング率は、最大でも３００〜４００ＭＰａであることが好ましい。
なお、本実施形態に係る充填部材５の中空部材１０の内部における具体的な配置位置については後述する。
また、本実施形態に係る中空部材１０には、屈曲部６Ａおよび６Ｂが設けられる。屈曲部６は、中空部材１０が屈曲する部分である。すなわち、屈曲部６とは、中空部材１０の断面の重心に沿って定義される重心の軌跡の長手方向における曲率半径が２６０ｍｍ以下である部分である。図４は、中空部材１０の断面の重心の軌跡を可視化した模式図である。図４に示すように、中空部材１０の断面の重心の軌跡Ｃ１は、屈曲部６Ａおよび６Ｂにおいて屈曲している。
屈曲部６は、詳しくは後述するが、曲げ誘起部の一例である。このような屈曲部６を備える中空部材１０は、例えば第１の構造部材２および第２の構造部材３の一部が屈曲する形状にプレス成形を行い、これらの構造部材を組み立てることにより得られる。このような屈曲部６は、フレーム１が適用される車両の構造に応じて適宜設けられる。すなわち、フレーム１には車両の構造に応じて曲げ変形が許容される箇所があり、その箇所に屈曲部６が設けられる。曲げ変形が許容される箇所は、当該箇所でフレーム１が曲げ変形しても、曲がったフレーム１が乗員及び重要部品に接触しない箇所が例示される。中空部材１０に設けられる屈曲部６の数は特に限定されず、上述したように車両の構造に応じて適宜決定される。
曲げ誘起部は、中空部材１０の長手方向の一部に設けられる。中空部材１０に曲げ誘起部が形成された場合、長手方向への衝突によって曲げ誘起部において曲げ変形が生じる。例えば、図４に示すように、かかる屈曲部６Ａおよび６Ｂの曲率半径ＲＡおよびＲＢの少なくともいずれかが２６０ｍｍ以下であれば、中空部材１０は、衝突荷重の入力時に、上記曲率半径の条件を満たす屈曲部６Ａおよび６Ｂのうちの少なくともいずれかにおいて曲げ変形が生じる。この曲げ変形に必要なエネルギは衝突によるエネルギから供給される。すなわち、中空部材１０の曲げ変形により衝突エネルギを吸収することができる。この曲げ誘起部を中空部材１０に設けることにより、衝突により生じる中空部材１０の曲げ起点を設定することができる。そのため、中空部材１０の想定外の曲げによるキャビンへの衝撃を回避することができるので、キャビンの安全性を維持することができる。
さらに、レインフォースメント４が中空部材１０を内側から支えるように、中空部材１０の曲げ誘起部の内側に設けられる。これにより、中空部材１０の衝突時の断面変形を抑制し、衝突に対する耐荷重性を高めることができる。ゆえに、衝突安全性能を高めることができる。
なお、底壁部２ａのＺ軸方向の長さは、側壁部２ｂのＸ軸方向の長さ以上であることが好ましい。これにより、中空部材１０のＺ軸方向に係る断面二次モーメントがＸ軸方向に係る断面二次モーメントよりも大きくなる。そのため、中空部材１０に衝突荷重が入力された際に、底壁部２ａおよび天壁部３ａが屈曲しやすくなる。
以下、本実施形態に係るフレーム１の内部における、レインフォースメント４および充填部材５の配置の一例について説明する。なお、上述した曲げ誘起部は屈曲部６に限られない。曲げ誘起部の具体例については後述する。
（充填部材およびレインフォースメントの配置）
図５は、本実施形態に係るフレーム１の一例のＺ軸方向に直交する断面における断面図である。なお、図５に示す断面図は、図２に示したＩ−Ｉ切断線における中空部材１０の断面図に相当する。図５に示すように、中空部材１０には２つの屈曲部６Ａと６Ｂがある。屈曲部６Ａは、底壁部２ａが曲げ内側となるように、底壁部２ａ方向に屈曲する。屈曲部６Ｂは、天壁部３ａが曲げ内側となるように、天壁部３ａ方向に屈曲する。これらの屈曲部６Ａ、６Ｂは、フレーム１における曲げ誘起部に相当する。
本実施形態に係る充填部材５Ａ、５Ｂは、それぞれレインフォースメント４の主面部４ａに密着して配置される。図５に示した例では、充填部材５Ａは、底壁部２ａに対向する部分に設けられている。また、充填部材５Ｂは、天壁部３ａに対向する部分に設けられている。
なお、図５に示すフレーム１に関して付された各寸法の記号の定義は以下の通りである。本実施形態に係る中空部材１０の長さＬＦＬは、例えば数百ｍｍ程度である。
ＬＦＬ：中空部材１０のＹ軸方向（長手方向）の長さ。
ＤＦＬ１：中空部材１０の衝突側の端部におけるＸ軸方向の断面寸法。
ＤＦＬ２：中空部材１０の他端部におけるＸ軸方向の断面寸法。
ＬＲ：レインフォースメント４の長手方向の長さ。
ＳＦＬ：屈曲部６の長手方向前後における第２の構造部材３のオフセット長さ。
ＬＦＭＡ、ＬＦＭＢ：充填部材５Ａおよび５ＢのＹ軸方向の長さ。
図６および図７は、図５に示したフレーム１のＩＩ−ＩＩ切断線およびＩＩＩ−ＩＩＩ切断線における断面図である。図６に示すように、充填部材５Ａは、底壁部２ａと、主面部４ａと、一対の側壁部２ｂとにより形成される空間７Ａにおいて、主面部４ａに密着して配置されている。なお、詳しくは後述するが、充填部材５Ａは、少なくとも主面部４ａに密着するように配置されればよい。例えば、充填部材５Ａは、必ずしも空間７Ａ側に配置されなくてもよい。より具体的には、充填部材５Ａは、レインフォースメント４に対する空間７Ａの反対側の空間において、主面部４ａに密着して配置されてもよい。また、図７に示すように、屈曲部６Ｂにおいて、充填部材５Ｂは、天壁部３ａと、主面部４ａと、一対の側壁部２ｂとにより形成される空間７Ｂにおいて、主面部４ａに密着して配置されている。なお、充填部材５Ｂは、充填部材５Ａの例と同様に、必ずしも空間７Ｂに配置されなくてもよい。より具体的には、充填部材５Ｂは、レインフォースメント４に対する空間７Ｂの反対側の空間において、主面部４ａに密着して配置されてもよい。
図６を参照しながら、充填部材５Ａによる作用および効果について説明する。まず、充填部材５Ａは、レインフォースメント４の主面部４ａに密着して配置されている。充填部材５Ａが主面部４ａに密着（好ましくは接着）することにより、主面部４ａの面外変形に対する抵抗が高くなる。これにより、フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６Ａにおいて折れ曲げが生じた場合に、レインフォースメント４にかかるＺ軸方向の圧縮応力に起因して生じ得る主面部４ａの面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。したがって、レインフォースメント４は、当該衝突荷重の入力による側壁部２ｂの変形を抑制できるので、中空部材１０の閉断面の断面変形も抑制される。ゆえに、フレーム１の衝突安全性能をより確実に発揮させることができる。
また、図６を参照すると、充填部材５Ａは、屈曲部６における底壁部２ａの部分の内面に密着して配置されている。充填部材５Ａがかかる位置に密着（好ましくは接着）して配置されることにより、屈曲部６Ａにおける底壁部２ａの面外変形に対する抵抗が高くなる。これにより、フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６Ａにおいて折れ曲げが生じた場合に、当該折れ曲げが生じた位置における底壁部２ａの面外変形を抑制することができる。したがって、中空部材１０の閉断面の断面変形が充填部材５Ａにより直接的に抑制される。ゆえに、フレーム１の衝突安全性能をより高めることができる。
さらに、図６に示した例では、充填部材５Ａは、主面部４ａと底壁部２ａとを連結している。ここで連結とは、充填部材５Ａが主面部４ａと底壁部２ａとをまたいでそれぞれに密着して配置されることを意味する。フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６Ａにおいて折れ曲げが生じた場合に、主面部４ａと底壁部２ａとにおける面外変形は、それぞれ相対する方向に生じる。ここで、主面部４ａと底壁部２ａとを充填部材５Ａによって連結することにより、充填部材５Ａが、主面部４ａおよび底壁部２ａのそれぞれの変形により受ける力を相殺することができる。これにより、主面部４ａの面外変形を単に抑制するだけではなく、面外変形を生じさせる力そのものを減じることができる。よって、フレーム１の衝突安全性能をより高めることができる。
また、図６に示した例では、充填部材５Ａは、レインフォースメント４と側壁部２ｂとに連続して密着して配置されている。つまり充填部材５Ａは、主面部４ａと側壁部２ｂとを接続する接続部分４ｃの内側に密着して配置されている。フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６において折れ曲げが生じた場合に、接続部分４ｃに高い応力が発生し、接続部分４ｃにおいて局所的に塑性変形が生じる。充填部材５Ａが接続部分４ｃに密着（好ましくは接着）して配置されることにより、接続部分４ｃにおいて生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。これにより、フレーム１の衝突安全性能をより効果的に高めることができる。
また、図６に示した例では、充填部材５Ａは、底壁部２ａと側壁部２ｂとに連続して密着して配置されている。つまり充填部材５Ａは、稜線部２ｄの内側に密着して配置されている。上述した接続部分４ｃにおける塑性変形と同様に、フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６Ａにおいて折れ曲げが生じた場合に、稜線部２ｄにおいて局所的に塑性変形が生じる。そのため、充填部材５Ａがかかる位置に密着（好ましくは接着）して配置されることにより、稜線部２ｄにおいて生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。これにより、フレーム１の衝突安全性能をより効果的に高めることができる。
図６に示した例では充填部材５Ａは稜線部２ｄおよび接続部分４ｃの全ての内側に密着して配置されている。これに限らず、稜線部２ｄまたは接続部分４ｃの少なくともいずれかの内側に充填部材５Ａが配置されていれば、衝突安全性能の向上は発揮される。
ここで、充填部材５のヤング率が高いほど、充填部材５による上述した塑性変形の抑制効果が高まる。しかしながら、充填部材５のヤング率を高めるには、高密度で樹脂を成形することが要される。即ち、充填部材５のヤング率を高めると、充填部材５の単位体積当たりの質量は増大する。本実施形態では、断面変形が発生する場所、すなわち断面変形を抑制すべき場所を屈曲部６又はその周囲に限定することができる。このため、断面変形する場所を見越して充填部材５を配置すべき場所も限定することができる。即ち、本実施形態では、充填部材５の高ヤング率化に伴う重量増加を軽減することが可能である。このように、本実施形態では、高い質量効率で衝突安全性能を向上させることが可能である。
以上、充填部材５Ａの配置によりもたらされる作用および効果について説明した。なお、上述した作用および効果は、図７に示したような、天壁部３ａと主面部４ａとの間に充填される充填部材５Ｂについても同様に発揮される。
このように、本実施形態に係るフレーム１においては、曲げ誘起部である屈曲部６の内側にレインフォースメント４が設けられ、充填部材５がレインフォースメント４に密着して配置される。かかる構成により、フレーム１への衝突荷重の入力の際にレインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。これにより、レインフォースメント４によって中空部材１０の断面形状が維持されるため、中空部材１０の断面変形を抑制することができる。したがって、車体の軽量化を図るために中空部材１０およびレインフォースメント４の板厚を小さくする場合においても、フレーム１の衝突安全性能を維持することができる。
なお、図５に示したレインフォースメント４は一の部材により形成され、屈曲部６における底壁部２ａおよび天壁部３ａのそれぞれに対向するように設けられているが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、レインフォースメント４は、屈曲部６等の曲げ誘起部における底壁部２ａまたは天壁部３ａに対向して複数設けられてもよい。また、レインフォースメント４は、中空部材１０の長手方向に沿って全体的に設けられてもよい。つまり、レインフォースメント４は、曲げ誘起部の内側に設けられていれば、レインフォースメント４の中空部材１０の長手方向における位置および長さは特に限定されない。
＜２．２．充填部材の配置例＞
以上、本実施形態に係る充填部材５Ａおよび５Ｂの配置について説明した。なお、充填部材５の配置は、図６および図７に示した例に限定されない。以下、充填部材５の他の配置例について説明する。
（第１の配置例）
第１の配置例では、レインフォースメント４に密着して配置した充填部材５１０により、レインフォースメント４の面外変形を抑制する。レインフォースメント４の面外変形を抑制できれば、レインフォースメント４がつながる壁部（例えば側壁部２ｂ）の面外変形を抑制できる。その結果中空部材１０の断面変形を抑制できる。
図８は、本実施形態に係る充填部材の第１の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図８に示す断面図は、図５に示したフレーム１のＩＩ−ＩＩ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
図８に示すように、充填部材５１０は、主面部４ａの底壁部２ａに対向する面の中央部分に密着（好ましくは接着）して配置されている。かかる配置により、上述したように、主面部４ａの面外変形に対する抵抗を大きくすることができる。つまり、充填部材５１０が主面部４ａの一部だけに密着して配置されることによっても、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。すなわち、中空部材１０の断面変形を抑制する効果を十分に得ることができる。したがって、要求される衝突安全性能を確保することが可能であれば、図８に示したように、充填部材５１０が主面部４ａの一部だけに配置されてもよい。これにより、充填部材５１０の充填量が少なくなるので、充填部材５１０のコストおよびフレーム１の重量を低く抑えることができる。
なお、充填部材５１０の配置位置は、上述したように、主面部４ａの底壁部２ａに対向する側に限られない。例えば、図８に示した充填部材５１０は、主面部４ａの天壁部３ａに対向する側に設けられてもよい。つまり、レインフォースメント４に充填部材５１０が密着して配置されていれば、充填部材５１０の主面部４ａにおける配置面は特に限定されない。
（第２の配置例）
第２の配置例では、レインフォースメント４とレインフォースメント４に対向する壁部（例えば底壁部２ａ）とを充填部材５１１がつなぐ。充填部材５１１を介してレインフォースメント４とレインフォースメント４に対向する壁部が互いを拘束するため、レインフォースメント４とレインフォースメント４に対向する壁部との面外変形を抑制できる。更に、レインフォースメント４の面外変形を抑制できるため、レインフォースメント４がつながる壁部の面外変形も抑制できる。その結果、中空部材１０の断面変形を抑制できる。
図９は、本実施形態に係る充填部材の第２の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図９に示す断面図は、図５に示したフレーム１のＩＩ−ＩＩ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
図９に示すように、充填部材５１１は、主面部４ａの中央部分と底壁部２ａの中央部分とを連結するように、各部分に密着（好ましくは接着）して配置されている。かかる配置により、上述したように、レインフォースメント４および底壁部２ａの面外変形をより効果的に抑制することができる。この場合、図９に示したように、充填部材５１１が主面部４ａの一部および底壁部２ａの一部のみを連結しても、中空部材１０の断面変形を抑制する効果を十分に得ることができる。したがって、要求される衝突安全性能を確保することが可能であれば、図９に示したように、充填部材５１１が主面部４ａおよび底壁部２ａの一部だけを連結するように配置されてもよい。これにより、充填部材５１１の充填量が少なくなるので、充填部材５１１のコストおよびフレーム１の重量を低く抑えることができる。
また、充填部材５１１の配置位置は、上述したように、主面部４ａと底壁部２ａとの間に限られない。例えば、図９に示した充填部材５１１は、主面部４ａと天壁部３ａとの間に配置され、主面部４ａと天壁部３ａとを連結してもよい。また、レインフォースメント４の主面部４ａが側壁部２ｂに対向するように設けられている場合、充填部材５１１は、いずれかの側壁部２ｂと主面部４ａとを連結してもよい。つまり、レインフォースメント４に充填部材５１１が密着して配置されていれば、充填部材５１１による連結対象となる部分は特に限定されない。
なお、第１の配置例および第２の配置例に示した充填部材５の主面部４ａ（および底壁部２ａ）のＺ軸方向における配置位置については特に限定されない。しかし、曲げモーメントを受ける主面部４ａのたわみ量が最も大きくなる主面部４ａの中央部分に充填部材５が密着して配置されることが好ましい。更に主面部４ａ上の充填部材５の幅は、主面部の幅の２０％以上であることが望ましい。３０％以上であれば更に望ましい。これにより、レインフォースメント４の弾性変形によりレインフォースメント４に衝突エネルギが付勢されることを防ぐことができる。レインフォースメント４に衝突エネルギが付勢されると、衝突時の曲げによるエネルギ吸収が阻害されるためである。
また、図８および図９に示したように、充填部材５は必ずしも空間７Ａを密に充填するように配置されなくてもよい。充填部材５は少なくともレインフォースメント４の主面部４ａに密着して配置されていれば、レインフォースメント４による中空部材の断面変形を抑制する効果が発揮される。充填部材５の空間７Ａにおける充填量および配置位置は、要求されるフレーム１の衝突安全性能およびフレーム１の重量、並びに充填部材５による充填コスト等に基づいて、適宜調整され得る。また、充填部材５は必ずしも空間７Ａに設けられなくてもよい。すなわち、充填部材５は、中空部材１０の空間のうち、空間７Ａとは異なる側の空間に配置されてもよい。
（第３の配置例）
第３の配置例では、レインフォースメント４とレインフォースメント４がつながる壁部とを充填部材５１２がつなぐ。レインフォースメント４とレインフォースメント４がつながる壁部とが充填部材５１２で拘束されるため、レインフォースメント４とレインフォースメント４がつながる壁部とがなす角が固定される。その結果、中空部材１０の断面変形を抑制できる。
図１０は、本実施形態に係る充填部材の第３の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図１０に示す断面図は、図５に示したフレーム１のＩＩ−ＩＩ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
図１０に示すように、充填部材５１２は、主面部４ａ、底壁部２ａ、および一対の側壁部２ｂにより囲まれて形成される空間７Ａに、主面部４ａおよび底壁部２ａ、および一対の側壁部２ｂに密着（好ましくは接着）するように配置されている。また、充填部材５１２は、その内部に空洞５１２ａを有する。これにより、レインフォースメント４および中空部材１０の変形を抑制させる効果を高めつつ、充填部材５１２の充填量を抑制することができる。なお、図１０に示した充填部材５１２は、レインフォースメント４に密着して配置されていれば、他の壁部との密着の有無、および充填量は特に限定されない。
＜＜３．第２の実施形態＞＞
第２の実施形態は、金属部材の底壁又は天壁の少なくともいずれかの内面に密着して、曲げ誘起部に樹脂材が配置される形態である。
＜３．１．フレームの構成＞
（フレームの構成要素）
図１１は、本発明の第２の実施形態に係るフレーム１の一例の概略構成を示す斜視図である。図１１に示すように、本実施形態に係るフレーム１は、第１の構造部材２、第２の構造部材３、および充填部材５（５Ａ、５Ｂ）を備える。本実施形態に係る中空部材１０は、第１の構造部材２および第２の構造部材３により形成される。図１１に示したフレーム１の構成は、レインフォースメント４を有しない点および充填部材５の配置を除き、第１の実施形態について図２〜図４を参照して説明した通りである。以下、本実施形態に係るフレーム１の内部における、充填部材５の配置の一例について説明する。
（充填部材の配置）
図１２は、本実施形態に係るフレーム１の一例のＺ軸方向に直交する断面を示す断面図である。なお、図１２に示す断面図は、図１１に示したＩＶ−ＩＶ切断線における中空部材１０の断面図に相当する。図１２に示すように、中空部材１０には、底壁部２ａが曲げ内側となる方向に屈曲する屈曲部６Ａ、および天壁部３ａが曲げ内側となる方向に屈曲する屈曲部６Ｂが設けられている。本実施形態に係る充填部材５Ａおよび５Ｂは、図１１および図１２に示すように、底壁部２ａ又は天壁部３ａにおける屈曲部６Ａおよび屈曲部６Ｂが設けられた部分の内面に密着して配置される。これらの屈曲部６は、フレーム１における曲げ誘起部に相当する。
なお、図１２に示すフレーム１に関して付された各寸法の記号の定義は以下の通りである。
ＬＦＬ：中空部材１０のＹ軸方向（長手方向）の長さ。
ＤＦＬ１：中空部材１０の衝突側の端部におけるＸ軸方向の断面寸法。
ＤＦＬ２：中空部材１０の他端部におけるＸ軸方向の断面寸法。
ＳＦＬ：屈曲部６の長手方向前後における第２の構造部材３のオフセット長さ。
ＬＦＭＡ、ＬＦＭＢ：充填部材５Ａおよび５ＢのＹ軸方向の長さ。
図１３は、図１２に示したフレーム１のＶ−Ｖ切断線における断面図である。また、図１４は、図１２に示したフレーム１のＶＩ−ＶＩ切断線における断面図である。図１３に示すように、充填部材５Ａは、底壁部２ａの内面に密着（好ましくは接着）して配置される。この底壁部２ａの内面は、屈曲部６Ａの曲げ内側部分に相当する。特に、図１３に示すように、充填部材５Ａは、底壁部２ａの中央部分の内面に密着して配置される。また、図１４に示したように、充填部材５Ｂは、天壁部３ａの内面に密着して配置される。この天壁部３ａの内面は、屈曲部６Ｂの曲げ内側部分に相当する。
かかる配置により、フレーム１の曲げ圧縮に起因する面外方向への力が底壁部２ａに負荷された場合に、底壁部２ａの中央部分の変形が充填部材５Ａにより拘束される。これにより、底壁部２ａの面外変形を抑制することができる。すなわち、フレーム１に衝突荷重が入力された際に、充填部材５Ａが配置された部分における中空部材１０の面外変形を抑制することができる。これにより、フレーム１の断面変形が抑制されるので、フレーム１の耐荷重性能を高めることができる。ゆえに、フレーム１の軽量化を図りつつ、衝突安全性能を高く維持することができる。
なお、充填部材５ＡのＸ軸方向の肉厚ａについては特に限定されず、当該肉厚ａは、フレーム１に要求される耐荷重性能および重量に応じて適宜設定される。充填部材５Ａの肉厚ａを制御するために、例えば、不図示のレインフォースメント等の板材が中空部材１０の内側に設けられてもよい。また、充填部材５Ａの配置位置を定める側壁部からの距離ｂ１およびｂ２についても特に限定されない。ただし、底壁部２ａの中央部分の内面に充填部材５Ａを密着して配置させることにより、底壁部２ａの面外変形を効率的に抑制することができる。更に、底壁部２ａ上の充填部材５Ａの幅は、底壁部２ａの幅の２０％以上であることが望ましい。３０％以上であれば更に望ましい。また、距離ｂ１およびｂ２は同値であることが好ましい。また、距離ｂ１およびｂ２の大きさは、フレーム１に要求される耐荷重性能および重量に応じて適宜設定される充填部材５ＡのＸ軸方向の肉厚に応じて決定される。
図１４では、充填部材５Ｂは天壁部３ａ上に配置される。充填部材５Ｂは天壁部３ａ上に配置される以外は図１３と同じである。但し、天壁部３ａ上の充填部材５Ｂの幅は、閉断面内の天壁部３ａの幅の２０％以上であることが望ましい。３０％以上であれば更に望ましい。
なお、本発明において密着とは、隙間なく接して配置されることを意味する。特に密着のうち、互いを拘束する接着が最も好ましい。互いを拘束しない場合でも、中空部材１０を形成する少なくともいずれかの壁部が面外変形するのを充填部材５が抑制する効果が発揮される。例えば、図１２９および図１３０に示したような断面形状の変化が本実施形態に係るフレーム１に生じるとする。充填部材５が底壁部２ａまたは天壁部３ａの少なくともいずれかの内面に接着されている場合、底壁部２ａまたは天壁部３ａが面外変形すると、充填部材５も当該内面の面外変形に追従する。そのため、充填部材５による底壁部２ａまたは天壁部３ａの面外変形の抑制効果が顕著に発揮される。また、充填部材５と底壁部２ａまたは天壁部３ａの少なくともいずれかの内面とが互いに拘束せずに密着して配置される場合、底壁部２ａまたは天壁部３ａが面外変形すると、充填部材５と当該内面とが部分的に離隔する場合も存在する。しかし、当該内面が面外変形した場合においても、充填部材５の少なくとも一部とは接した状態となる。したがって、充填部材５と当該内面とが互いに拘束せずに密着している状態であっても、充填部材５による底壁部２ａまたは天壁部３ａの面外変形の抑制効果は十分発揮される。
ここで、充填部材５のヤング率が高いほど、充填部材５による上述した塑性変形の抑制効果が高まる。しかしながら、充填部材５のヤング率を高めるには、高密度で樹脂を成形することが要される。即ち、充填部材５のヤング率を高めると、充填部材５の単位体積当たりの質量は増大する。本実施形態では、断面変形が発生する場所、すなわち断面変形を抑制すべき場所を屈曲部６又はその周囲に限定することができる。このため、断面変形する場所を見越して充填部材５を配置すべき場所も限定することができる。即ち、本実施形態では、充填部材５の高ヤング率化に伴う重量増加を軽減することが可能である。このように、本実施形態では、高い質量効率で衝突安全性能を向上させることが可能である。
以上、充填部材５Ａの配置、並びに当該配置による作用および効果について説明した。なお、上述した作用および効果は、図１４に示すような、屈曲部６Ｂの内側に配置される充填部材５Ｂによっても同様に発揮される。
このように、本実施形態に係るフレーム１においては、曲げ誘起部である屈曲部６の内側に含まれる底壁部２ａの内面に充填部材５Ａが密着して配置され、屈曲部６Ｂの内側に含まれる天壁部３ａの内面に充填部材５Ｂが密着して配置される。かかる構成により、フレーム１に衝突荷重が入力された際において、フレーム１の曲げ圧縮を起因として生じる底壁部２ａおよび天壁部３ａの面外変形を抑制することができる。これにより、衝突によるフレーム１の断面潰れを抑制することができる。したがって、車体の軽量化を図るために中空部材１０の板厚を小さくする場合においても、質量密度の低い充填部材５を上述したような部分に配置することにより、フレーム１の重量をさほど増加させずにフレーム１の耐荷重性能を高く維持することができる。すなわち、例えば、曲げ誘起部におけるフレーム１の容易な折れ曲げを防ぐことができる。
＜３．２．充填部材の配置例＞
以上、本実施形態に係る充填部材５Ａおよび５Ｂの配置について説明した。なお、充填部材５の配置は、図１１〜図１４に示した例に限定されない。以下、充填部材５の他の配置例について説明する。
以下の第１の配置例〜第４の配置例では、側壁部２ｂの端部と底壁部２ａあるいは天壁部３ａを充填部材がつなぐ。すなわち、稜線部２ｄあるいは稜線部２ｅに隣接して充填部材が配置される。充填部材は、側壁部２ｂと底壁部２ａあるいは天壁部３ａとのなす角が変化するのを抑制する。すなわち、充填部材は稜線部２ｄあるいは稜線部２ｅの変形を抑制する。その結果、中空部材１０の断面変形を抑制できる。
（第１の配置例）
図１５は、本実施形態に係る充填部材の第１の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図１５に示す断面図は、図１２に示したフレーム１のＶ−Ｖ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
図１５に示すように、本配置例に係る充填部材５２０は、側壁部２ｂと底壁部２ａとに連続して密着（好ましくは接着）して配置されている。つまり充填部材５２０は、稜線部２ｄの内側に密着して配置されている。フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６Ａにおいて折れ曲げが生じるときに、稜線部２ｄにおいて局所的に塑性変形が生じる。この塑性変形により側壁部２ｂの面外方向への倒れが促進されてしまう。そのため、充填部材５２０がかかる位置に密着して配置されることにより、稜線部２ｄにおいて生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。これにより、側壁部２ｂの面外方向への倒れを抑制することができる。したがって、フレーム１の断面変形をより効果的に抑制することができる。
なお、充填部材５２０の肉厚ａは、フレーム１に要求される耐荷重性能および重量に応じて適宜設定される。
また、図１２に示したフレーム１のＶＩ−ＶＩ切断線におけるフレーム１の断面に対しても、図１５に示す充填部材の配置を同様に適用することができる。この場合、充填部材５２０は、天壁部３ａの内面および稜線部２ｅの内側に密着して配置される。
（第２の配置例）
図１６は、本実施形態に係る充填部材の第２の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図１６に示す断面図は、図１２に示したフレーム１のＶ−Ｖ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
本配置例に係る充填部材５２１ａおよび５２１ｂは、稜線部２ｄのそれぞれの内側に局所的に密着（好ましくは接着）して配置される。かかる配置により、稜線部２ｄにおいて生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。これにより、側壁部２ｂの面外方向への倒れを低減させることができる。したがって、フレーム１の断面変形を抑制することができる。また、図１６に示した例では、充填部材５２１ａおよび５２１ｂが稜線部２ｄの内側に局所的に密着して配置されるので、フレーム１の重量をほとんど増加させずに、フレーム１の断面変形を抑制することができる。
（第３の配置例）
また、本実施形態に係る充填部材は、稜線部２ｄの少なくともいずれか一方の内側に局所的に密着（好ましくは接着）して配置されてもよい。図１７は、本実施形態に係る充填部材の第３の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図１７に示す断面図は、図１２に示したフレーム１のＶ−Ｖ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
図１７に示すように、本配置例に係る充填部材５２１ｃは、稜線部２ｄの一方の内側に局所的に密着して配置される。これにより、充填部材５２１ｃが配置された稜線部２ｄにおいて生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。また、充填部材の充填量を少なくできるので、フレーム１の重量を増加させずに済ませることができる。
図１６および図１７に示した充填部材の配置例によれば、底壁部２ａの面外変形だけではなく、稜線部２ｄの局所的な塑性変形を抑制することができる。なお、充填部材を稜線部２ｄの一方または両方のいずれかの内側に設けるかについては、フレーム１に要求される衝突安全性能および重量に応じて決定することが好ましい。また、充填部材５２１ａ、５２１ｂおよび５２１ｃのＺ軸方向の肉厚ａ（ａ１、ａ２）およびＸ軸方向の肉厚ｃ（ｃ１、ｃ２）は、適宜設定される。
また、充填部材は、底壁部２ａの中央部分の内面および稜線部２ｄの内側にそれぞれ別々に密着して配置されてもよい。充填部材の各々が底壁部２ａの中央部分の内面および稜線部２ｄの内側に密着して配置されていれば、フレーム１の断面変形を抑制する効果が十分得られる。
また、図１２に示したフレーム１のＶＩ−ＶＩ切断線におけるフレーム１の断面に対しても、図１６および図１７に示す充填部材の配置を同様に適用することができる。この場合、充填部材５２１ａ〜５２１ｃは、稜線部２ｅの内側に密着して配置される。
また、充填部材は、稜線部２ｄの内側だけではなく、側壁部２ｂの内面に密着して配置されていてもよい。図１８および図１９は、本実施形態に係る充填部材の第２の配置例および第３の配置例の各変形例を説明するためのフレーム１の断面図である。図１８および図１９に示すように、充填部材５２２ａ、５２２ｂおよび５２２ｃは、稜線部２ｄの内側だけではなく、側壁部２ｂの内面に密着して配置されてもよい。さらに、充填部材５２２ａ、５２２ｂおよび５２２ｃは、稜線部２ｅの内側に密着して配置されてもよい。これにより、フレーム１の耐荷重性能を、図１６および図１７に示した配置例と比較して、同等以上とすることができる。なお、充填部材５２２ａ、５２２ｂおよび５２２ｃの肉厚ａ（ａ１、ａ２）は、フレーム１に要求される耐荷重性能および重量に応じて適宜設定される。
（第４の配置例）
図２０は、本実施形態に係る充填部材の第４の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図２０に示す断面図は、図１２に示したフレーム１のＶ−Ｖ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
図２０に示すように、本配置例に係る充填部材５２３は、底壁部２ａ、および一対の側壁部２ｂの内面に連続して密着（好ましくは接着）して配置される。側壁部２ｂでは、フレーム１の曲げにより、面外方向への倒れが生じやすい。図２０に示した配置によれば、側壁部２ｂの内面にも充填部材５２３が密着して配置されるので、充填部材５２３が側壁部２ｂの面外変形を抑制することが可能となる。フレーム１において曲げが生じても、充填部材５２３により側壁部２ｂの面外方向への倒れが抑制されるので、フレーム１の断面変形を抑制しつつ、フレーム１の圧潰による衝突エネルギの吸収を行うことができる。すなわち、フレーム１の耐荷重性能のみならず、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性を向上させることができる。
なお、図２０に示した充填部材５２３は、一対の側壁部２ｂと底壁部２ａとに連続して密着して配置されているが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、充填部材５２３は、一対の側壁部２ｂおよび底壁部２ａの内面に、それぞれ別々に密着して配置されてもよい。また、充填部材５２３は、一対の側壁部２ｂのいずれかと底壁部２ａとに連続して密着して配置されてもよい。すなわち、Ｙ軸方向に直交する断面において、充填部材５２３がＬ字状に設けられてもよい。つまり、充填部材５２３が一対の側壁部２ｂのいずれかと底壁部２ａとにそれぞれ設けられていれば、フレーム１の耐荷重性能のみならず、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性を向上させることができる。充填部材の配置位置および充填量については、フレーム１に要求される衝突安全性能および重量に応じて適宜設定され得る。また、図２０に示した充填部材５２３の肉厚ａ１、ａ２およびａ３も、適宜設定され得る。
また、図１２に示したフレーム１のＶＩ−ＶＩ切断線におけるフレーム１の断面に対しても、図２０に示す充填部材の配置を同様に適用することができる。この場合、充填部材５２３は、一対の側壁部２ｂと天壁部３ａとに連続して密着して配置される。
なお、図１３〜図２０に示した本実施形態に係る充填部材の配置については、屈曲部や穴部等により実現される曲げ誘起部を有さない中空部材により形成されるフレームに対しても適用することができる。例えば、図１１に示すフレーム１に屈曲部が設けられない場合、充填部材５は中空部材１０の底壁部２ａおよび天壁部３ａに、中空部材１０の長手方向に沿って設けられてもよい。これにより、衝突時において底壁部２ａまたは天壁部３ａが曲げ内側となるような折れ曲げがフレーム１に生じたとしても、フレーム１の断面変形を抑制することができる。すなわち、屈曲させないことが望ましい方向に対応する中空部材１０の内面に充填部材５を密着して配置させることにより、少なくとも当該方向に対するフレーム１の折れ曲げを抑制することができる。
＜＜４．第３の実施形態＞＞
第３の実施形態は、金属部材の一対の側壁部の少なくともいずれかの内面に密着して、曲げ誘起部に樹脂材が配置される形態である。
＜４．１．フレームの構成＞
（フレームの構成要素）
図２１は、本発明の第３の実施形態に係るフレーム１の一例の概略構成を示す斜視図である。図２１に示すように、本実施形態に係るフレーム１は、第１の構造部材２、第２の構造部材３、および充填部材５（５Ａ、５Ｂ）を備える。本実施形態に係る中空部材１０は、第１の構造部材２および第２の構造部材３により形成される。図２１に示したフレーム１の構成は、レインフォースメント４を有しない点および充填部材５の配置を除き、第１の実施形態について図２〜図４を参照して説明した通りである。以下、本実施形態に係るフレーム１の内部における、充填部材５の配置の一例について説明する。
（充填部材の配置）
図２２は、本実施形態に係るフレーム１の一例のＺ軸方向に直交する断面を示す断面図である。なお、図２２に示す断面図は、図２１に示したＶＩＩ−ＶＩＩ切断線における中空部材１０の断面図に相当する。図２２に示すように、中空部材１０には、底壁部２ａが曲げ内側となる方向に屈曲する屈曲部６Ａ、および天壁部３ａが曲げ内側となる方向に屈曲する屈曲部６Ｂが設けられている。これらの屈曲部６は、フレーム１における曲げ誘起部に相当する。本実施形態に係る充填部材５Ａおよび５Ｂは、図２１および図２２に示すように、側壁部２ｂにおける屈曲部６Ａおよび屈曲部６Ｂが設けられた部分の内面に密着して配置される。
なお、図２２に示すフレーム１に関して付された各寸法の記号の定義は以下の通りである。
ＬＦＬ：中空部材１０のＹ軸方向（長手方向）の長さ。
ＤＦＬ１：中空部材１０の衝突側の端部におけるＸ軸方向の断面寸法。
ＤＦＬ２：中空部材１０の他端部におけるＸ軸方向の断面寸法。
ＳＦＬ：屈曲部６の長手方向前後における第２の構造部材３のオフセット長さ。
ＬＦＭＡ、ＬＦＭＢ：充填部材５Ａおよび５ＢのＹ軸方向の長さ。
図２３は、図２２に示したフレーム１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ切断線における断面図である。図２３に示すように、充填部材５Ａは、側壁部２ｂの内面に密着（好ましくは接着）して配置される。なお、充填部材５Ｂにおいても同様に、図２２に示したフレーム１のＩＸ−ＩＸ切断線における断面において、充填部材５Ｂは、側壁部２ｂの内面に密着して配置される。
かかる配置により充填部材５Ａが側壁部２ｂを拘束するので、側壁部２ｂの面外変形を抑制することができる。すなわち、フレーム１に衝突荷重が入力された際のフレーム１の曲げ変形において、充填部材５Ａが配置された側壁部２ｂの面外方向への倒れを抑制することができる。したがって、フレーム１の曲げ変形後においてもフレーム１の断面変形が抑制されるので、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性を高めることができる。また、充填部材５Ａの配置が衝撃吸収に貢献する箇所に限られているため、中空部材が重くなることも無い。
また、図２３に示した例では、充填部材５Ａは、側壁部２ｂと底壁部２ａとに連続して密着して配置されている。つまり充填部材５Ａは、稜線部２ｄの内側に密着して配置されている。フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６Ａにおいて折れ曲げが生じるときに、稜線部２ｄにおいて局所的に塑性変形が生じる。この塑性変形により側壁部２ｂの面外方向への倒れが促進されてしまう。そのため、充填部材５Ａがかかる位置に密着して配置されることにより、稜線部２ｄにおいて生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。これにより、側壁部２ｂの面外方向への倒れを抑制することができる。したがって、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性をより効果的に高めることができる。
また、図２３に示したように、充填部材５Ａは、側壁部２ｂと天壁部３ａとに連続して密着して配置されてもよい。これにより、稜線部２ｅにおいて生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。この結果、中空部材１０の断面変形を抑制でき、フレーム１の衝突安全性能をより高めることができる。充填部材５Ａは、図２３に示したように、稜線部２ｄまたは２ｅの少なくともいずれかの内側に密着して配置されることが好ましい。このとき、屈曲部６Ａは底壁部２ａを曲げ内側となる方向に屈曲している。曲げ内側では、フレーム１の曲げにより圧縮方向に力が作用することにより、稜線部における塑性変形が生じやすい。そのため、充填部材５Ａは、底壁部２ａと側壁部２ｂとの境に存在する稜線部２ｄの内側に少なくとも密着して配置されていることがさらに好ましい。
また、図２３に示した例では、図面に向かって上側の側壁部２ｂの内面に充填部材５Ａが配置されているが、下側の側壁部２ｂの内面に配置されてもよい。また、充填部材５Ａの肉厚ａについては特に限定されず、当該肉厚ａは、フレーム１に要求される衝突エネルギの吸収特性および重量に応じて適宜設定される。充填部材５Ａの肉厚ａを制御するために、例えば、不図示のレインフォースメント等の板材が中空部材１０の内側に設けられてもよい。
なお、本発明において密着とは、隙間なく接して配置されることを意味する。特に密着のうち、互いを拘束する接着が最も好ましい。互いを拘束しない場合でも、中空部材１０を形成する少なくともいずれかの壁部が面外変形するのを充填部材５が抑制する効果が発揮される。例えば、図１２９および図１３０に示したような断面形状の変化が本実施形態に係るフレーム１に生じるとする。充填部材５が側壁部２ｂの内面に接着されている場合、側壁部２ｂが面外変形すると、充填部材５も当該内面の面外変形に追従する。そのため、充填部材５による側壁部２ｂの面外変形の抑制効果が顕著に発揮される。また、充填部材５と側壁部２ｂの内面とが互いに拘束せずに密着して配置される場合、側壁部２ｂが面外変形すると、充填部材５と当該内面とが部分的に離隔する場合も存在する。しかし、当該内面が面外変形した場合においても、充填部材５の少なくとも一部とは接した状態となる。したがって、充填部材５と当該内面とが互いに拘束せずに密着している状態であっても、充填部材５による側壁部２ｂの面外変形の抑制効果は十分発揮される。
ここで、充填部材５のヤング率が高いほど、充填部材５による上述した塑性変形の抑制効果が高まる。しかしながら、充填部材５のヤング率を高めるには、高密度で樹脂を成形することが要される。即ち、充填部材５のヤング率を高めると、充填部材５の単位体積当たりの質量は増大する。本実施形態では、断面変形が発生する場所、すなわち断面変形を抑制すべき場所を屈曲部６又はその周囲に限定することができる。このため、断面変形する場所を見越して充填部材５を配置すべき場所も限定することができる。即ち、本実施形態では、充填部材５の高ヤング率化に伴う重量増加を軽減することが可能である。このように、本実施形態では、高い質量効率で衝突安全性能を向上させることが可能である。
以上、充填部材５Ａの配置、並びに当該配置による作用および効果について説明した。なお、上述した作用および効果は、屈曲部６Ｂの内側に配置される充填部材５Ｂによっても同様に発揮される。
このように、本実施形態に係るフレーム１においては、曲げ誘起部である屈曲部６の内側に含まれる側壁部２ｂの内面に充填部材５が密着して配置される。かかる構成により、フレーム１に衝突荷重が入力され、フレーム１に曲げ変形が生じた際において、側壁部２ｂの面外変形を抑制することができる。これにより、フレーム１が折れ曲がった後においてもフレーム１の断面潰れを抑制することができる。したがって、車体の軽量化を図るために中空部材１０の板厚を小さくする場合においても、質量密度の低い充填部材５を上述したような部分に配置することにより、フレーム１の重量をさほど増加させずにフレーム１の衝突エネルギの吸収特性を高く維持することができる。
なお、図２１および図２２に示した例では、屈曲部６Ａおよび６Ｂにそれぞれ充填部材５Ａおよび５Ｂが別々に設けられていたが、１つの充填部材５が、屈曲部６Ａおよび６Ｂに跨って設けられていてもよい。つまり、充填部材５は、少なくとも曲げ誘起部の内側に含まれる側壁部２ｂに密着して設けられていれば、中空部材１０の長手方向における充填部材５の配置位置およびサイズ等は特に限定されない。
＜４．２．充填部材の配置例＞
以上、本実施形態に係る充填部材５Ａおよび５Ｂの配置について説明した。なお、充填部材５の配置は、図２１〜図２３に示した例に限定されない。以下、充填部材５の他の配置例について説明する。
下記の第１の配置例と第２の配置例では、側壁部２ｂに密着して配置された充填部材５３０ａ又は５３１ａにより、側壁部２ｂの面外変形を抑制する。その結果フレーム１の断面変形を抑制できる。
（第１の配置例）
図２４は、本実施形態に係る充填部材の第１の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図２４に示す断面図は、図２２に示したフレーム１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。
図２４に示すように、本配置例に係る充填部材５３０ａおよび５３０ｂは、一対の側壁部２ｂの内面のそれぞれに密着（好ましくは接着）して配置されている。かかる配置により、側壁部２ｂのそれぞれの面外変形を抑制し、側壁部２ｂの面外方向への倒れを防止することができる。すなわち、一の側壁部２ｂに対して一の充填部材を配置するよりも、フレーム１の断面変形をより確実に抑制することができるので、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性をより向上させることができる。さらに、充填部材５３０ａおよび５３０ｂは、稜線部２ｄおよび２ｅのそれぞれの内側に密着して配置されている。そのため、各稜線部における塑性変形を抑制することができ、フレーム１の断面変形をさらに抑制することができる。
ただし、充填部材５３０ａおよび５３０ｂをフレーム１に設けることによりフレーム１の全体の重量が増加する。そのため、充填部材を側壁部２ｂの一方または両方の内面に設けるかについては、フレーム１に要求される衝突安全性能および重量に応じて決定することが好ましい。また、充填部材５３０ａの肉厚ａ１および５３０ｂの肉厚ａ２は、適宜設定される。
なお、図２２に示したフレーム１のＩＸ−ＩＸ切断線におけるフレーム１の断面に対しても、図２４に示す充填部材の配置を同様に適用することができる。
（第２の配置例）
図２５は、本実施形態に係る充填部材の第２の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図２５に示す断面図は、図２２に示したフレーム１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおけるフレーム１の断面に相当する。
図２５に示すように、本配置例に係る充填部材５３１ａおよび５３１ｂは、一対の側壁部２ｂの内面のそれぞれの中央部に密着（好ましくは接着）して配置される。このように、稜線部２ｄおよび２ｅのいずれの内側に充填部材５３１ａおよび５３１ｂが配置されていなくても、側壁部２ｂのそれぞれの面外変形を抑制し、側壁部２ｂの面外方向への倒れを局所的に防止することができる。したがって、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性を向上させることができる。
また、図２５に示した例においては、側壁部２ｂのそれぞれの内面に充填部材５３１ａおよび５３１ｂが密着して配置されているが、側壁部２ｂのいずれか一方の内面にのみ充填部材が配置されてもよい。充填部材を側壁部２ｂの一方または両方の内面に設けるかについては、フレーム１に要求される衝突安全性能および重量に応じて決定することが好ましい。また、充填部材５３１ａの肉厚ａ１および５３１ｂの肉厚ａ２、側壁部２ｂ上における充填部材５３１ａの天壁部３ａからの距離ｂ１およびｂ３、並びに底壁部２ａからの距離ｂ２およびｂ４は、適宜設定され得る。
なお、上述したように、側壁部２ｂの面外方向への倒れは、稜線部２ｄ（２ｅ）の塑性変形に起因する。そのため、側壁部２ｂの内面に密着して配置される充填部材５は、稜線部２ｄ（２ｅ）の内側にも密着して配置されることが好ましい。これにより、充填部材によるフレーム１の断面変形の抑制効果をより高めることができる。
なお、図２２に示したフレーム１のＩＸ−ＩＸ切断線におけるフレーム１の断面に対しても、図２５に示す充填部材の配置を同様に適用することができる。
以上、第１の配置例および第２の配置例について説明した。下記の第３の配置例〜第５の配置例では、側壁部２ｂと側壁部２ｂがつながる底壁部２ａとに充填部材が密着して配置される。稜線部２ｄが充填部材で拘束されるため、稜線部２ｄの変形が抑制される。その結果、フレーム１の断面変形を抑制できる。
（第３の配置例）
図２６は、本実施形態に係る充填部材の第３の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図２６に示す断面図は、図２２に示したフレーム１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおけるフレーム１の断面に相当する。
図２６に示すように、本配置例に係る充填部材５３２は、一対の側壁部２ｂ、および底壁部２ａの内面に連続して密着（好ましくは接着）して配置される。このとき、屈曲部６Ａは底壁部２ａを曲げ内側となる方向に屈曲しているので、充填部材５３２は、屈曲部６Ａの曲げ内側部分に配置されることとなる。曲げ内側である底壁部２ａでは、フレーム１の曲げにより圧縮方向に力が作用することにより面外変形が生じやすい。図２６に示した配置によれば、底壁部２ａの内面にも充填部材５３２が密着して配置されるので、充填部材５３２が底壁部２ａの面外変形を抑制することが可能となる。これにより、高い衝突荷重がフレーム１に作用しても、フレーム１の断面潰れを抑制することができる。すなわち、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性のみならず、フレーム１の耐荷重性能を向上させることができる。
なお、図２６に示した充填部材５３２は、一対の側壁部２ｂと底壁部２ａとに連続して密着して配置されているが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、充填部材５３２は、一対の側壁部２ｂおよび底壁部２ａの内面に、それぞれ別々に密着して配置されてもよい。また、充填部材５３２は、一対の側壁部２ｂのいずれかと底壁部２ａとに連続して密着して配置されてもよい。すなわち、Ｙ軸方向に直交する断面において、充填部材５３２がＬ字状に設けられてもよい。つまり、充填部材５３２が一対の側壁部２ｂのいずれかと底壁部２ａとにそれぞれ設けられていれば、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性のみならず、フレーム１の耐荷重性能を向上させることができる。充填部材の配置位置および充填量については、フレーム１に要求される衝突安全性能および重量に応じて適宜設定され得る。また、図２６に示した充填部材５３２の肉厚ａ１、ａ２およびａ３も、適宜設定され得る。
また、図２２に示したフレーム１のＩＸ−ＩＸ切断線におけるフレーム１の断面に対しても、図２６に示す充填部材の配置を同様に適用することができる。この場合、充填部材５３２は、一対の側壁部２ｂと天壁部３ａとに連続して密着して配置される。
（第４の配置例）
図２７は、本実施形態に係る充填部材の第４の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図２７に示す断面図は、図２２に示したフレーム１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおけるフレーム１の断面に相当する。
図２７に示すように、本配置例に係る充填部材５３３ａおよび５３３ｂは、稜線部２ｄのそれぞれの内側に局所的に密着（好ましくは接着）して配置される。かかる配置により、稜線部２ｄにおいて生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。これにより、側壁部２ｂの面外方向への倒れを低減させることができる。したがって、フレーム１の断面変形を抑制し、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性を高くすることができる。また、図２７に示した例では、充填部材５３３ａおよび５３３ｂが稜線部２ｄの内側に局所的に密着して配置されるので、フレーム１の重量をほとんど増加させずに、フレーム１の断面変形を抑制することができる。
（第５の配置例）
また、本実施形態に係る充填部材５３３ｃは、稜線部２ｄの少なくともいずれか一方の内側に局所的に密着（好ましくは接着）して配置されてもよい。図２８は、本実施形態に係る充填部材の第５の配置例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、図２８に示す断面図は、図２２に示したフレーム１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおけるフレーム１の断面に相当する。
図２８に示すように、本配置例に係る充填部材５３３ｃは、稜線部２ｄの一方の内側に局所的に密着して配置される。これにより、充填部材５３３ｃが配置された稜線部２ｄにおいて生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。また、充填部材の充填量を少なくできるので、フレーム１の重量を増加させずに済ませることができる。
図２７および図２８に示した充填部材の配置例によれば、側壁部２ｂの面外変形だけではなく、稜線部２ｄの局所的な塑性変形を抑制することができる。したがって、図２５に示した第２の配置例と比較して、側壁部２ｂの面外方向への倒れをより効果的に防止することができる。
なお、充填部材を稜線部２ｄの一方または両方のいずれかの内側に設けるかについては、フレーム１に要求される衝突安全性能および重量に応じて決定することが好ましい。また、充填部材５３３ａ、５３３ｂおよび５３３ｃのＺ軸方向の肉厚ａ（ａ１、ａ２）およびＸ軸方向の肉厚ｃ（ｃ１、ｃ２）は、適宜設定される。
また、充填部材は、稜線部２ｄの内側だけではなく、底壁部２ａの内面に密着して配置されていてもよい。図２９は、本実施形態に係る充填部材の第４の配置例および第５の配置例の変形例を説明するためのフレーム１の断面図である。図２９に示すように、充填部材５３４は、稜線部２ｄの内側だけではなく、底壁部２ａの内面に密着して配置されてもよい。これにより、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性を、図２７および図２８に示した配置例と比較して、同等以上とすることができる。なお、充填部材５３４の肉厚ａの大きさは、フレーム１に要求される衝突安全性能および重量に応じて適宜設定される。
また、図２２に示したフレーム１のＩＸ−ＩＸ切断線におけるフレーム１の断面に対しても、図２７〜図２９に示す充填部材の配置を同様に適用することができる。この場合、充填部材５３３ａ、５３３ｂ、５３３ｃおよび５３４は、稜線部２ｅの内側（充填部材５３４については、さらに天壁部３ａの内面）に密着して配置される。
＜＜５．第４の実施形態＞＞
第４の実施形態は、金属部材を形成する第１の金属板に設けられた穴部を貫通して、曲げ誘起部に樹脂材が配置される形態である。
第１〜第３の実施形態において説明したように、フレーム１に設けられた曲げ誘起部に充填部材５を配置することで、荷重入力時のエネルギ吸収量を向上させることが可能である。しかしながら、フレーム１に曲げ変形が生じた場合、当該フレーム１が面外変形し易くなる。そうすると、充填部材５のフレーム１への接着力が不充分な場合、フレーム１の変形の程度によっては、充填部材５がフレーム１の内壁から剥がれてしまうおそれがある。
図１３１は、充填部材９２５が配設されたフレーム９２０の構成例を示す部分断面図である。図１３１に示すように、フレーム９２０の壁部９２２の内壁面９２２Ａには、充填部材９２５が密着して配置されている。ところが、図１３２に示すように、壁部９２２が変形位置ＢＰにおいて面外変形しようとすると、充填して硬化した充填部材９２５の接着力が不充分であれば、壁部９２２の変形により充填部材９２５が内壁面９２２Ａから剥がれてしまう可能性がある。この場合、充填部材によるフレームの壁部の変形の抑制効果が充分に発揮されず、想定される衝突性能を達成することが困難となる。
そこで、本実施形態では、充填部材５が衝突安全性能に安定的に貢献することが可能な技術を提供する。
＜５．１．第１の例＞
図３０は、本発明の第４の実施形態に係るフレーム１００の一例の構成例を示す部分断面図である。
図３０に示すように、フレーム１００は、中空部材１１０および充填部材５０を備える。
なお、図３０〜図３７に示される方向Ｖ（Ｖ１、Ｖ２）は、中空部材１１０の外方を示す。
本実施形態に係る中空部材１１０は、上述した金属部材の一例である。具体的には、中空部材１１０は、長手方向に延びる壁部２０を有する構造部材である。中空部材１１０は、いわゆるフレーム形状を有しており、複数の壁部２０により構成される。本実施形態に係る壁部２０は、上述した第１の金属板の一例である。中空部材１１０は、中空の閉断面構造を有してもよいし、Ｕ字状等の開放断面構造を有してもよい。また、中空部材１１０の長手方向に直交する断面の形状は特に限定されない。例えば、中空部材１１０の断面形状は、矩形断面であってもよいし、円形断面であってもよい。
また、中空部材１１０の壁部２０には、少なくとも１つの壁穴２１が設けられる。壁穴２１の加工方法、並びに壁穴２１の数および形状は特に限定されない。本実施形態に係る壁穴２１は、穴部の一例である。
充填部材５０は、上述した樹脂材の一例である。充填部材５０は、ウレタン系、エポキシ系又はその他の任意の樹脂から成る。充填部材５は、ウレタン系の樹脂であれば、最大３００ＭＰａ程度、エポキシ系の樹脂であれば、最大３０００ＭＰａ程度のヤング率で、形成可能である。充填部材５０は、例えば発泡樹脂材からなる硬質の発泡充填部材であってもよい。発泡樹脂は、中空部材１１０の内側に設置された後に、化学変化により硬化する。充填部材５０のヤング率は、２０ＭＰａ以上であることが好ましい。充填部材５０のヤング率は、充填部材５０を形成する樹脂の密度に応じて変化させることができる。ただし、密度が高いほど成形が難しくなるので、充填部材５０のヤング率は、最大でも３００〜４００ＭＰａであることが好ましい。
充填部材５０は、中空部材１１０の内側に設置されると、壁部２０の内壁面２０Ａに密着するように配設される。充填部材５０のうち内壁面２０Ａに密着する部分を第１充填部分５１と称する。例えば、第１充填部分５１は、中空部材１１０の内側に発泡樹脂を導入することにより形成される。このとき、第１充填部分５１は内壁面２０Ａと当接面５１ａにおいて密着する。なお、第１充填部分５１は、第１補強部分の一例である。
また、充填部材５０は、中空部材１１０の内側のみならず、壁穴２１を貫通して、壁部２０の外壁面２０Ｂに密着するように配設される。充填部材５０のうち外壁面２０Ｂに密着する部分を第２充填部分５２と称する。例えば、第２充填部分５２は、中空部材１１０の内側に発泡樹脂を導入し、発泡した当該発泡樹脂が中空部材１１０の内側から壁穴２１を貫通して外側に膨出することにより形成される。このとき、第２充填部分５２は外壁面２０Ｂと当接面５２ａにおいて密着する。なお、第２充填部分５２は、第２補強部分の一例である。
さらに、充填部材５０のうち、壁穴２１に密着して設けられる部分を第３充填部分５３と称する。すなわち、充填部材５０は、第１充填部分５１と、第２充填部分５２と、第３充填部分５３とにより一体に成形されるものである。第１充填部分５１と第２充填部分５２とは、第３充填部分５３を介して接続されている。なお、第３充填部分５３は、第３補強部分の一例である。
なお、充填部材５０のうち第２充填部分５２は、中空部材１１０の内側に充填された充填部材が壁穴２１を貫通して中空部材１１０の外側に漏れ出たものである。例えば、第２充填部分５２は、壁穴２１の断面視において、壁穴２１の穴縁端２２から距離ｐの範囲において壁部２０と密着して設けられている。第２充填部分５２の外壁面２０Ｂへの密着性を十分得るためには、距離ｐは、例えば、５ｍｍ以上であることが好ましい。
かかる構成によれば、充填部材５０が中空部材１１０の壁部２０に設けられた壁穴２１を貫通して壁部２０の両面に密着する。そうすると、充填部材５０は壁穴２１に機械的に引っ掛けられるので、充填部材５０が壁部２０に係止される。この場合、充填部材５０が壁部２０から脱落するか否かは、充填部材５０の壁部２０に対する接着力ではなく、充填部材５０の引張強度により決まる。一般的に、充填部材５０の接着力よりも充填部材５０の引張強度の方が顕著に高いので、充填部材５０は壁部２０から容易に脱落しにくくなる。
図３１は、本実施形態に係るフレーム１００による作用の一例を示す部分断面図である。フレーム１００の構成において、中空部材１１０の長手方向に対して衝突荷重が作用したとする。この場合、例えば、図３１に示すように、中空部材１１０の外方（図中の方向Ｖ）に突出するような座屈が壁穴２１の近傍の変形位置ＢＰで生じ、壁部２０が中空部材１１０の内方に折れ曲がろうとする作用がかかったとする。なお、本明細書において内方とは、図中の方向Ｖの反対方向であり、中空部材１１０の重心側の方向を意味する。
ここで、充填部材５０は、壁穴２１を貫通して第１充填部分５１と接続する第２充填部分５２により壁部２０に係止されている。そのため、例えば、壁部２０が中空部材１１０の内方に折れ曲がろうとしても、第１充填部分５１が第２充填部分５２に追従するので、第１充填部分５１が壁部２０に拘束された状態が維持される。
そうすると、中空部材１１０の内側における充填部材５０の壁部２０に対する接着力が十分確保されていなくても、充填部材５０は壁部２０から容易に脱落しにくくなる。これにより、車両衝突により壁部２０に面外変形を生じさせる力が作用しても、充填部材５０が中空部材１１０の壁部２０に密着した状態を維持することができる。したがって、これにより、充填部材５０の第１充填部分５１が壁部２０の面外方向への変形を拘束するので、壁部２０の面外変形を抑制することができる。すなわち、充填部材５０がフレーム１００の衝突安全性能に安定して貢献することが可能となる。
なお、第１充填部分５１と第２充填部分５２とを接続する第３充填部分５３は、密に充填されていることが好ましい。なぜなら、これらが密に充填されることで、壁穴２１の軸に垂直方向における充填部材５０のずれを抑制し、充填部材５０の剥離防止に貢献するからである。また、第１充填部分５１と第２充填部分５２とを接続する第３充填部分５３は、必ずしも壁穴２１に密に充填されていなくともよい。例えば、第３充填部分５３は、壁穴２１の穴縁端２２と密着していなくてもよい。この場合においても、第１充填部分５１と第２充填部分５２とが接続されていれば、充填部材５０が中空部材１１０に係止されている状態が実現される。また、充填部材５０の内部は、必ずしも密に充填されていなくてもよい。
（変形例）
次に、充填部材５０の構成の変形例を説明する。
図３２は、本実施形態の第１の変形例に係るフレーム１００Ａの構成例を示す部分断面図である。図３２に示すように、本変形例に係るフレーム１００Ａを構成する中空部材１１０Ａの壁部２０には、複数の壁穴２１が設けられている。また、充填部材５０は、これらの壁穴２１を貫通して、壁部２０の内壁面２０Ａおよび外壁面２０Ｂに密着して設けられている。すなわち、充填部材５０は、壁部２０の内壁面２０Ａに密着する第１充填部分５１と、複数の壁穴２１の各々の位置において壁部２０の外壁面２０Ｂに密着する複数の第２充填部分５２と、複数の壁穴２１の各々に密着して設けられ第１充填部分５１と複数の第２充填部分５２とを接続する第３充填部分５３とにより構成される。
かかる構成により、充填部材５０が貫通する壁穴２１の数に応じて、充填部材５０を壁部２０に係止する部分が増加する。これにより、壁部２０に対して充填部材５０をより強固に固定することが可能となる。
また、かかる構成により、壁部２０の折れ曲がろうとする方向に関わらず、充填部材５０を壁部２０に追従させることができる。図３３は、本変形例に係るフレーム１００Ａによる作用の一例を示す部分断面図である。フレーム１００Ａの構成において、中空部材１１０Ａの長手方向に対して衝突荷重が作用したとする。この場合、例えば、図３３に示すように、中空部材１１０Ａの内方（図中の方向Ｖの反対方向）に突出するような座屈が壁穴２１の近傍の変形位置ＢＰで生じ、壁部２０が中空部材１１０Ａの外方に折れ曲がろうとする。
この場合、単に充填部材５０を壁部２０の内壁面２０Ａにのみ密着させていた場合、壁部２０が中空部材１１０の外方に折れ曲がろうとすることにより、充填部材５０が壁部２０の内壁面２０Ａから剥離してしまう。しかしながら、充填部材５０は複数の壁穴２１を貫通して接続する第２充填部分５２の各々により複数の壁穴２１に係止されている。そうすると、図３３に示した例では、壁部２０が外側に折れ曲がろうとしても、第１充填部分５１が第２充填部分５２に追従するので、第１充填部分５１が壁部２０に拘束された状態が維持される。
そうすると、車両衝突により中空部材１１０Ａに対して内側に面外変形を生じさせる力が作用しても、充填部材５０が中空部材１１０Ａの壁部２０に密着した状態を維持することができる。したがって、これにより、充填部材５０の第１充填部分５１が壁部２０の面外方向への変形を拘束するので、壁部２０の面外変形を抑制することができる。すなわち、充填部材５０がフレーム１００Ａの衝突安全性能に安定して貢献することが可能である。
図３４は、本実施形態の第２の変形例に係るフレーム１００Ｂの構成例を示す部分断面図である。図３４に示すように、本変形例に係る充填部材５０の第１充填部分５１は、中空部材１１０Ａの壁部２０の稜線部２３の内側に配設されている。また、壁部２０の稜線部２３を挟んで両側には、それぞれ壁穴２１が設けられている。充填部材５０は、これらの壁穴２１を貫通して、壁部２０の内壁面２０Ａおよび外壁面２０Ｂに密着して設けられている。
中空部材１１０Ｂの壁部２０が面外変形すると、稜線部２３において局所的に塑性変形が生じる。この塑性変形により壁部２０の面外方向への倒れが促進されてしまう。そこで、稜線部２３の内側に充填部材５０を密着させて配置することにより、稜線部２３において生じる局所的な塑性変形を抑制することができる。
また、充填部材５０を上述した構成により壁部２０に固定することにより、稜線部２３において生じる塑性変形に起因して充填部材５０が壁部２０から脱落することを防ぐことができる。したがって、壁部２０の面外変形をより確実に抑制することができる。
なお、壁部２０に設けられる壁穴２１の数は特に限定されない。壁穴２１は、稜線部２３を挟んだ壁部２０それぞれに設けられていることが望ましい。そうすると、稜線部２３の角が開くように中空部材１１０Ｂが面外変形することを、抑制できる。壁穴２１が複数の壁部２０に設けられることにより、充填部材５０の第１充填部分５１と第２充填部分５２とを接続する箇所が増える。そうすると、壁部２０の変形により第１充填部分５１と第２充填部分５２とが引っ張られるが、その接続部分である第３充填部分５３の数が多ければ、１つあたりの接続部分の負荷が分散される。よって、壁穴２１の数を増やすことにより、充填部材５０の壁部２０に対する固定力を増すことができる。ただし、壁穴２１の数を増やすことにより、中空部材１１０の剛性が低下し得る。そのため、壁穴２１の数や設置位置は、設計に応じて適宜決めればよい。
図３５は、本実施形態の第３の変形例に係るフレーム１００Ｃの構成例を示す部分断面図である。図３５に示すように、壁穴２１Ａの穴縁端２２Ａは、壁部２０よりも中空部材１１０Ｃの内方に位置する。具体的には、壁部２０は、壁穴２１Ａの近傍において中空部材１１０Ｃの内方に向かって傾斜する傾斜部２４を備えている。
ここで、図３５に示すように、充填部材５０は、傾斜部２４に食い込まれるように、かつ、壁部２０の内側および外側に密着して配置されている。第２充填部分５２は、壁部２０の外壁面２０Ｂのうち、傾斜部２４の傾斜面２４Ａに密着して設けられている。
かかる構成により、第２充填部分５２の外側面５２ｂと壁部２０の外壁面２０Ｂとは面一の関係とすることができる。そうすると、充填部材５０が壁部２０の内側から壁穴２１Ａを貫通して外側に膨出しても、膨出部を除去して壁部２０の外壁面２０Ｂが平坦とすることが可能になる。したがって、充填部材５０の膨出による他部材との干渉が生じなくなる。そのため、フレーム１００の取扱いが容易となる。なお、かかる第２充填部分５２は、例えば、中空部材１１０Ｃの内側に発泡樹脂を導入し、発泡した当該発泡樹脂が中空部材１１０Ｃの内側から壁穴２１Ａを貫通して外側に膨出した部分を切除することにより得られる。他に、発泡樹脂が固まる前に外壁面２０Ｂに沿って壁穴２１Ａに蓋をして、外壁面２０Ｂより飛び出した発泡樹脂を押し込んでもよい。また、他部材との干渉等の切除する理由が無ければ、第２充填部分５２のうち壁部２０の外壁面２０Ｂよりも外側に膨出する部分は、切除されなくてもよい。
また、図３５に示すように、充填部材５０は傾斜部２４を覆うように傾斜部２４に密着しているので、傾斜部２４によってアンカーボルトのように充填部材５０と壁部２０とを固定する機能が発揮される。したがって、充填部材５０が壁部２０により強固に固定される。
図３６は、本実施形態の第４の変形例に係るフレーム１００Ｄの構成例を示す部分断面図である。図３６に示すように、本変形例においても、壁穴２１Ｂの穴縁端２２Ｂは、壁部２０よりも中空部材１１０Ｄの内方に位置する。具体的には、壁部２０は、壁部２０の外側から内側に向かって穴縁端２２Ｂが突出する突出部２５を備えている。すなわち、壁穴２１はバーリング穴である。かかるバーリング穴は、例えば、公知のバーリング加工により形成される。
ここで、図３６に示すように、充填部材５０は、突出部２５に食い込まれるように、かつ、壁部２０の内側および外側に密着して配置されている。第２充填部分５２は、壁部２０の外壁面２０Ｂのうち、突出部２５の外表面２５Ａに密着して設けられている。
かかる構成により、上記の第３の変形例と同様に、第２充填部分５２の外側面５２ｂと壁部２０の外壁面２０Ｂとは面一の関係とすることができる。つまり、充填部材５０が壁部２０の内側から壁穴２１Ｂを貫通して外側に膨出しても、壁部２０の外壁面２０Ｂを平坦にすることができる。そうすれば、充填部材５０の膨出による他部材との干渉が生じなくなる。他に、発泡樹脂が固まる前に外壁面２０Ｂに沿って壁穴２１Ｂに蓋をして、外壁面２０Ｂより飛び出した発泡樹脂を押し込んでもよい。なお、第２充填部分５２のうち壁部２０の外壁面２０Ｂよりも外側に膨出する部分は、他部材との干渉等の切除する理由が無ければ、切除されなくてもよい。
また、図３６に示すように、充填部材５０は突出部２５を覆うように突出部２５に密着しているので、突出部２５によってアンカーボルトのように充填部材５０と壁部２０とを固定する機能が発揮される。したがって、充填部材５０が壁部２０により強固に固定される。
図３７は、本実施形態の第５の変形例に係るフレーム１００Ｅの構成例を示す部分断面図である。図３７に示すように、本変形例に係る壁部２０には、壁部２０よりも中空部材１１０Ｅの内方に窪んだ窪み部２６が設けられる。そして、壁穴２１Ｃは、窪み部２６の内部に設けられる。
ここで、図３７に示すように、充填部材５０は、窪み部２６に食い込まれるように、かつ、壁部２０の内側および外側に密着して配置されている。第２充填部分５２は、壁部２０の外壁面２０Ｂのうち、窪み部２６の外表面２６Ａに密着して設けられている。
かかる構成により、上記の第３の変形例および第４の変形例と同様に、第２充填部分５２の外側面５２ｂと壁部２０の外壁面２０Ｂとは面一の関係とすることができる。つまり、充填部材５０が壁部２０の内側から壁穴２１Ｃを貫通して外側に膨出しても、壁部２０の外壁面２０Ｂを平坦にすることができる。そうすれば、充填部材５０の膨出による他部材との干渉が生じなくなる。他に、発泡樹脂が固まる前に外壁面２０Ｂに沿って窪み部２６に蓋をして、外壁面２０Ｂより飛び出した発泡樹脂を押し込んでもよい。なお、第２充填部分５２のうち壁部２０の外壁面２０Ｂよりも外側に膨出する部分は、他部材との干渉等の切除する理由が無ければ、切除されなくてもよい。
また、図３７に示すように、充填部材５０は窪み部２６を覆うように窪み部２６に密着しているので、窪み部２６によってアンカーボルトのように充填部材５０と壁部２０とを固定する機能が発揮される。したがって、充填部材５０が壁部２０により強固に固定される。
なお、上記の第３の変形例〜第５の変形例に係る壁穴２１の近傍の壁部２０の形状は、互いに組み合わされてもよい。例えば、壁部２０に窪み部が設けられ、当該窪み部の内部に壁穴が設けられ、さらに当該壁穴に対してバーリング加工が成されてもよい。更に、窪み部２６の代わりに壁部２０に別の部品を取り付けてもよい。別の部品の要件は、充填部材５０と噛み合う凹凸部あるいは突出部を備えること、壁部２０の壁穴の周辺かつ中空部材１１０の内部に中空部材１１０に固定して配置されること、である。例えば、壁部２０に壁穴を設け、ナットをねじ穴と壁穴と同軸上にして中空部材１１０の内部に接合して配置してもよい。この場合、ねじ穴の凹凸が充填部材５０とかみ合って、充填部材を固定することができる。また、ナットの六角形状により充填部材５０がナットの周りを回転することを抑止できる。
＜５．２．第２の例＞
次に、本実施形態の第２の例として、上述した第１の例に係る中空部材１１０および充填部材５０の構成を適用させた、フレーム１の具体的な構成について説明する。
図３８は、本発明の第４の実施形態に係るフレーム１の一例の概略構成を示す斜視図である。図３８に示すように、本実施形態に係るフレーム１は、第１の構造部材２、第２の構造部材３、レインフォースメント４、および充填部材５を備える。本実施形態に係る中空部材１０は、第１の構造部材２、および第２の構造部材３により形成される。
図３８に示したフレーム１の構成は、充填部材５が第１の例において説明した充填部材５０の構成を有する点を除き、第１の実施形態について図２〜図４を参照して説明した通りである。詳しくは、図３８に示すように、中空部材１０の曲げ誘起部である屈曲部６において、中空部材１０の底壁部２ａとレインフォースメント４との間には、充填部材５が配置されている。さらに、図３８に示すように、屈曲部６近傍において、底壁部２ａには壁穴２１が設けられており、充填部材５は、壁穴２１を貫通し、底壁部２ａの内壁面に密着する第１充填部分５１と、底壁部２ａの外壁面に密着する第２充填部分５２とを備える構成となっている。
以下、充填部材５に関する構成および作用について、図３９〜図４１を参照しながら説明する。
図３９は、本実施形態に係るフレーム１の一例のＺ軸方向に直交する断面における断面図である。なお、図３９に示す断面図は、図３８に示した中空部材１０のＸＩＩ−ＸＩＩ切断線におけるフレーム１の断面に相当する。図３９に示すように、中空部材１０には、長手方向に沿って屈曲部６Ａ、６Ｂが設けられている。屈曲部６Ａは、底壁部２ａが曲げ内側となる方向に屈曲して設けられている。また、屈曲部６Ｂは、天壁部３ａが曲げ内側となる方向に屈曲して設けられている。
本実施形態に係る充填部材５は、レインフォースメント４の主面部４ａに密着して配置される。図３９に示した例では、充填部材５Ａは、屈曲部６Ａにおいて、底壁部２ａに密着して設けられている。また、充填部材５Ｂは、屈曲部６Ｂにおいて、天壁部３ａに密着して設けられている。
また、屈曲部６Ａ近傍において、底壁部２ａには壁穴２１が設けられており、レインフォースメント４の主面部４ａには穴４１Ａが設けられている。充填部材５Ａは、壁穴２１および穴４１Ａを貫通し、底壁部２ａの両面および主面部４ａの両面に密着して設けられている。詳細には、充填部材５Ａは、底壁部２ａの内壁面とレインフォースメント４の主面部４ａの第１の面４０ａとに密着する第１充填部分５１Ａと、底壁部２ａの外壁面に密着する第２充填部分５２Ａと、壁穴２１に密着して設けられ第１充填部分５１Ａと第２充填部分５２Ａとを接続する第３充填部分５３Ａと、主面部４ａの第２の面４０ｂに密着する第４充填部分５４Ａと、穴４１Ａの内側に設けられ第１充填部分５１Ａと第４充填部分５４Ａとを接続する第５充填部分５５Ａと、により構成される。
同様に、屈曲部６Ｂ近傍において、天壁部３ａには壁穴３１が設けられており、レインフォースメント４の主面部４ａには穴４１Ｂが設けられている。充填部材５Ｂは、壁穴３１および穴４１Ｂを貫通し、天壁部３ａの両面および主面部４ａの両面に密着して設けられている。詳細には、充填部材５Ｂは、天壁部３ａの内壁面とレインフォースメント４の主面部４ａの第２の面４０ｂとに密着する第１充填部分５１Ｂと、天壁部３ａの外壁面に密着する第２充填部分５２Ｂと、壁穴３１に密着して設けられ第１充填部分５１Ｂと第２充填部分５２Ｂとを接続する第３充填部分５３Ｂと、主面部４ａの第１の面４０ａに密着する第４充填部分５４Ｂと、穴４１Ｂの内側に設けられ第１充填部分５１Ｂと第４充填部分５４Ｂとを接続する第５充填部分５５Ｂと、により構成される。
図４０および図４１は、図３９に示したフレーム１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ切断線およびＸＩＶ−ＸＩＶ切断線における断面図である。図４０に示すように、充填部材５Ａは、底壁部２ａと、主面部４ａと、一対の側壁部２ｂとにより形成される空間７Ａにおいて、底壁部２ａおよび主面部４ａに密着して配置されている。
底壁部２ａには壁穴２１が設けられ、主面部４ａには穴４１Ａが設けられている。充填部材５Ａは、空間７Ａの各壁面に密着する第１充填部分５１Ａと、底壁部２ａの外壁面に密着する第２充填部分５２Ａおよび主面部４ａの第２の面４０ｂに密着する第４充填部分５４Ａとが、壁穴２１および穴４１Ａを貫通して接続されている。これにより、充填部材５Ａは、底壁部２ａと主面部４ａとの双方に係止される。
そうすると、例えば、フレーム１への衝突荷重が入力されて屈曲部６Ａにおいて折れ曲げが生じる場合、車両衝突により底壁部２ａおよび主面部４ａに面外変形を生じさせる力が作用する。この場合、底壁部２ａと主面部４ａが互いに遠ざかる方向に変形しようとし、充填部材５Ａには引張の力が作用する。このような状態であっても、充填部材５Ａは底壁部２ａおよび主面部４ａに拘束されるので、充填部材５Ａが底壁部２ａおよび主面部４ａに密着した状態を維持することができる。したがって、充填部材５Ａは、底壁部２ａおよびレインフォースメント４の面外変形を抑制することができる。
また、充填部材５Ａが底壁部２ａおよび主面部４ａの継手としての能力を発揮するので、主面部４ａおよび底壁部２ａのそれぞれの変形により受ける力を相殺することができる。これにより、主面部４ａの面外変形を単に抑制するだけではなく、面外変形を生じさせる力そのものを減じることができる。よって、フレーム１の衝突安全性能をより高めることができる。
また、図４０に示した例では、充填部材５Ａの第１充填部分５１Ａは、稜線部２ｄや接続部分４ｃの内側に密着して配置されている。そのため、稜線部２ｄや接続部分４ｃにかかる局所的に高い応力による塑性変形を、より確実に抑制することができる。よって、フレーム１の衝突安全性能をより高めることができる。
また、図４１に示すように、屈曲部６Ｂにおいて、充填部材５Ｂは、天壁部３ａと、主面部４ａと、一対の側壁部２ｂとにより形成される空間７Ｂにおいて、天壁部３ａおよび主面部４ａに密着して配置されている。充填部材５Ｂの配置は、上述した充填部材５Ａの配置と同様である。
上述した作用および効果は、図４１に示したような、天壁部３ａと主面部４ａとの間に充填される充填部材５Ｂについても同様に発揮される。
なお、図４０および図４１に示した例では、壁穴２１、３１は底壁部２ａおよび天壁部３ａに設けられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、壁穴２１は、側壁部２ｂまたは稜線部２ｄ、２ｅに隣接する壁部に設けられてもよい。かかる場合であっても、充填部材５のうち側壁部２ｂの外側に膨出する部分がこれらの外壁面に密着するように設けられていれば、充填部材５が中空部材１０の各壁部に密着した状態を維持することができる。
ここで、充填部材５のヤング率が高いほど、充填部材５による上述した塑性変形の抑制効果が高まる。しかしながら、充填部材５のヤング率を高めるには、高密度で樹脂を成形することが要される。即ち、充填部材５のヤング率を高めると、充填部材５の単位体積当たりの質量は増大する。本実施形態では、断面変形が発生する場所、すなわち断面変形を抑制すべき場所を屈曲部６又はその周囲に限定することができる。このため、断面変形する場所を見越して充填部材５を配置すべき場所も限定することができる。即ち、本実施形態では、充填部材５の高ヤング率化に伴う重量増加を軽減することが可能である。このように、本実施形態では、高い質量効率で衝突安全性能を向上させることが可能である。
このように、本実施形態に係るフレーム１においては、曲げ誘起部である屈曲部６の内側にレインフォースメント４が設けられる。また、充填部材５は、中空部材１０の壁部およびレインフォースメント４に設けられた穴を貫通して、これらの両面に密着して配置される。これにより、フレーム１への衝突荷重の入力の際においても、充填部材５は、中空部材１０およびレインフォースメント４のいずれからも脱落せず、これらに拘束された状態を維持することができる。そうすると、充填部材５による中空部材１０の壁部およびレインフォースメント４の面外変形を抑制することができる。これにより、充填部材５がフレーム１の衝突安全性能に安定して貢献することができる。
また、充填部材５は、レインフォースメント４にのみ密着して配置されてもよい。例えば、図４０および図４１に示した空間７Ａ、７Ｂが大きく、充填部材５が空間７Ａおよび７Ｂを横断して底壁部２ａまたは天壁部３ａとレインフォースメント４との双方に密着して配置することが困難である場合、充填部材５は、レインフォースメント４にのみ密着されて配置されてもよい。この場合、レインフォースメント４には図３０〜図３７に示したような穴が設けられ、充填部材５が当該穴を貫通してレインフォースメント４の両面に密着して配置される。そうすると、フレーム１への衝突荷重の入力の際においても、充填部材５は、レインフォースメント４から脱落せず、レインフォースメント４に拘束された状態を維持することができる。
なお、図３９に示したレインフォースメント４は一の部材により形成され、屈曲部６における底壁部２ａおよび天壁部３ａのそれぞれに対向するように設けられているが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、レインフォースメント４は、屈曲部６等の曲げ誘起部における底壁部２ａまたは天壁部３ａに対向して複数設けられてもよい。また、レインフォースメント４は、中空部材１０の長手方向に沿って全体的に設けられてもよい。つまり、レインフォースメント４は、曲げ誘起部の内側に設けられていれば、レインフォースメント４の中空部材１０の長手方向における位置および長さは特に限定されない。
＜＜６．曲げ誘起部の例＞＞
次に、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部の例について説明する。上記の各実施形態では、曲げ誘起部である屈曲部６について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。曲げ誘起部は２つの特徴の少なくとも片方を備えている。
第１の特徴は、中空部材１０の軸方向に垂直な断面の全塑性モーメントが周囲に比べ低下する特徴である。かかる特徴を有する部分においては、中空部材１０の曲げが誘起される。より具体的には、長手方向で中空部材１０のうち全塑性モーメントが相対的に小さい部分については、当該部分において屈曲が生じる。この特徴を備えた曲げ誘起部を、全塑性モーメント変化部という。例えば、異強度部は全塑性モーメント変化部である。
第２の特徴は、中空部材１０の軸方向に沿った稜線あるいは面が、軸方向に沿って屈曲、断絶、又は肉厚変化等の形状変化する特徴である。この特徴を備えた曲げ誘起部を形状変化部という。例えば、中空部材１０の面（例えば、底壁部２ａ、側壁部２ｂ、又は天壁部３ａ等）に設けられた穴部、凹部、凸部、および板厚変化部は、形状変化部である。
曲げ誘起部は、第１の特徴および第２の特徴の両方を備えることが多い。また、片方の特徴しか備えない場合、曲げ誘起部は形状変化部であることが多い。なぜなら、形状変化部は中空部材１０が曲がる方向を誘導できるからである。中空部材１０の長手方向のうち、曲げ誘起部に該当する領域の長手方向に垂直な断面の中には、形状変化部がある。中空部材１０が曲がる際、形状変化部が座屈するため、形状変化部の配置により中空部材１０が曲がる方向を誘導できる。自動車の骨格部材に本発明を採用する場合、中空部材１０が曲がる方向は予め決められる。中空部材１０が曲がる方向の先には乗員及び重要部品が無いことが要求される。故に、曲げ誘起部は少なくとも形状変化部の特徴を備えることが望ましい。曲げ誘起部が全塑性モーメント変化部の特徴を備えた場合、中空部材１０の長手方向で全塑性モーメント変化部と同じ場所にある小さな形状変化部でも機能する。このため、曲げ誘起部は全塑性モーメント変化部と形状変化部の両方の特徴を備えることが望ましい。
（穴部）
穴部は、全塑性モーメント変化部と形状変化部の特徴を兼ね備える。図４２は、一実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図４２に示すように、底壁部２ａには穴部６０が設けられている。穴部６０が設けられた部分における中空部材１０の全塑性モーメントは、穴部６０が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の全塑性モーメントよりも低い。また、穴部６０で面（底壁部２ａ）の一部が断絶しているため曲げこわさが低い。したがって、図４２に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、フレーム１は、穴部６０が設けられた部分において、穴部６０が曲げ内側となるように屈曲する。そのため、レインフォースメント４は少なくとも穴部６０が設けられた底壁部２ａに対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により穴部６０の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
なお、図４２に示した例では、底壁部２ａの穴部６０が設けられた部分に充填部材５が配置されていたが、本発明はかかる例に限定されない。図４３は、一実施形態に係る穴部に対向して設けられる充填部材の変形例を説明するためのフレーム１の断面図である。図４３に示すように、穴部６０の内側の空間には充填部材５が配置されなくてもよい。これにより、穴部６０における底壁部２ａの屈曲変形をより確実に行うことが可能である。なお、以下に示す他の曲げ誘起部の例においても同様に、曲げ誘起部の近傍の空間に充填部材５を配置させないようにすることで、曲げ誘起部における屈曲変形をより確実に行うことが可能となる。
ここで、図４２および図４３では、第１の実施形態および第４の実施形態の第２の例のように、フレーム１がレインフォースメント４を有する場合の穴部の例が示されている。他の例として、図４４および図４５に、フレーム１がレインフォースメント４を有さない場合の穴部の例を示す。
図４４は、一実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図４４に示したフレーム１は、第２の実施形態に係るフレーム１である。図４４に示すように、底壁部２ａには穴部６０が設けられている。穴部６０が設けられた部分における中空部材１０の全塑性モーメントは、穴部６０が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の全塑性モーメントよりも低い。また、穴部６０で面（底壁部２ａ）の一部が断絶しているため曲げこわさが低い。したがって、図４４に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、フレーム１は、穴部６０が設けられた部分において、穴部６０が曲げ内側となるように屈曲する。すなわち、中空部材１０の長手方向において、中空部材１０のうち穴部６０が設けられた部分が、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部となる。そのため、充填部材５は、少なくとも穴部６０が設けられた部分における底壁部２ａの内面に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により穴部６０の近傍において屈曲が生じた場合に、フレーム１の面外変形を抑制し、フレーム１の耐荷重性能を高く維持することができる。
図４５は、一実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図４５に示したフレーム１は、第３の実施形態に係るフレーム１である。図４５に示すように、底壁部２ａには穴部６０が設けられている。穴部６０が設けられた部分における中空部材１０の全塑性モーメントは、穴部６０が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の全塑性モーメントよりも低い。また、穴部６０で面（底壁部２ａ）の一部が断絶しているため曲げこわさが低い。したがって、図４５に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、フレーム１は、穴部６０が設けられた部分において、穴部６０が曲げ内側となるように屈曲する。すなわち、中空部材１０の長手方向において、中空部材１０のうち穴部６０が設けられた部分が、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部となる。そのため、充填部材５は、少なくとも穴部６０が設けられた部分における側壁部２ｂの内面に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により穴部６０の近傍において屈曲が生じた場合に、フレーム１の面外変形を抑制し、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性を高く維持することができる。
また、穴部の形状および配置については、上述した例に限られない。図４６〜図４９は、一実施形態に係る中空部材に設けられる穴部の他の例を示す模式図である。図４６に示すように、円形の穴部６０ａが底壁部２ａに設けられてもよい。また、図４７に示すように、複数の穴部６０ｂが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、例えば、複数の穴部６０ｂが、中空部材１０Ａの長手方向に横切る方向に並んで設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、穴部６０ｂが曲げの起点として、中空部材１０Ａが底壁部２ａ側に曲げ変形されやすくなる。
また、図４８に示すように、中空部材１０Ａの長手方向に横切る方向に延在する穴部６０ｃが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、穴部６０ｃが曲げの起点として、中空部材１０Ａが底壁部２ａ側に曲げ変形される。なお、穴部６０ｃの形状は、図４８に示す角丸矩形に限定されず、あらゆる形状であってもよい。
なお、上述した中空部材１０Ａの長手方向に横切る方向は、図４６〜図４８に示すような、中空部材１０Ａの長手方向に直交する方向に限定されない。例えば、穴部６０が設けられた部分の面において、中空部材１０Ａの長手方向と当該横切る方向とのなす角が、４５度以上９０度以下であることが好ましい。これにより、安定した曲げ変形を誘起させることができる。
また、穴部６０の設けられる部分は底壁部２ａに限られない。例えば、側壁部２ｂや天壁部３ａに穴部６０が設けられてもよい。また、穴部６０が設けられた部分に対向する部分には、穴部６０等が設けられないことが好ましい。例えば、穴部６０が底壁部２ａに設けられた場合、天壁部３ａには別の穴部６０の曲げ変形を誘起する部分は設けられないことが好ましい。衝突荷重の入力時に、穴部６０が設けられた側に曲げ変形を誘起するためである。
また、図４９に示すように、穴部６０ｄが稜線部２ｄに設けられてもよい。これにより、中空部材１０Ａのうち長手方向で穴部６０ｄが設けられた部分の全塑性モーメントが顕著に低下するので、穴部６０ｄが設けられた部分を曲げの起点とする曲げ変形をより確実に誘起することができる。
なお、第４の実施形態において上記説明した壁穴２１も、曲げ誘起部の一例として捉えられてもよい。
（凹部）
穴部は、全塑性モーメント変化部と形状変化部の特徴を兼ね備える。図５０は、一実施形態に係る中空部材に設けられるビード部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。なお、ビード部６１は、一実施形態における凹部の一例である。図５０に示すように、底壁部２ａにはビード部６１が設けられている。ビード部６１が設けられた部分における中空部材１０の全塑性モーメントは、ビード部６１が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の全塑性モーメントよりも低い。また、凹部が潰れて曲げの起点になりやすい。したがって、図５０に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、フレーム１はビード部６１が設けられた部分において、ビード部６１が曲げ内側となるように屈曲する。そのため、レインフォースメント４は少なくともビード部６１が設けられた底壁部２ａに対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力によりビード部６１の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
ここで、図５０では、第１の実施形態および第４の実施形態の第２の例のように、フレーム１がレインフォースメント４を有する場合の凹部の例が示されている。他の例として、図５１および図５２に、フレーム１がレインフォースメント４を有さない場合の穴部の例を示す。
図５１は、一実施形態に係る中空部材に設けられるビード部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図５１に示したフレーム１は、第２の実施形態に係るフレーム１である。なお、ビード部６１は、一実施形態における凹部の一例である。図５１に示すように、底壁部２ａにはビード部６１が設けられている。ビード部６１が設けられた部分における中空部材１０の全塑性モーメントは、ビード部６１が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の全塑性モーメントよりも低い。また、凹部が潰れて曲げの起点になりやすい。したがって、図５１に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、フレーム１はビード部６１が設けられた部分において、ビード部６１が曲げ内側となるように屈曲する。すなわち、中空部材１０の長手方向において、中空部材１０のうちビード部６１が設けられた部分が、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部となる。そのため、充填部材５は、少なくともビード部６１が設けられた部分における底壁部２ａの内面に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力によりビード部６１の近傍において屈曲が生じた場合に、フレーム１の面外変形を抑制し、フレーム１の耐荷重性能を高く維持することができる。
図５２は、一実施形態に係る中空部材に設けられるビード部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図５２に示したフレーム１は、第３の実施形態に係るフレーム１である。なお、ビード部６１は、一実施形態における凹部の一例である。図５２に示すように、底壁部２ａにはビード部６１が設けられている。ビード部６１が設けられた部分における中空部材１０の全塑性モーメントは、ビード部６１が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の全塑性モーメントよりも低い。また、凹部が潰れて曲げの起点になりやすい。したがって、図５２に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、フレーム１はビード部６１が設けられた部分において、ビード部６１が曲げ内側となるように屈曲する。すなわち、中空部材１０の長手方向において、中空部材１０のうちビード部６１が設けられた部分が、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部となる。そのため、充填部材５は、少なくともビード部６１が設けられた部分における側壁部２ｂの内面に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力によりビード部６１の近傍において屈曲が生じた場合に、フレーム１の面外変形を抑制し、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性を高く維持することができる。
なお、凹部の形状および配置については、上述した例に限られない。図５３〜図５６は、一実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。ここでいう凹部とは、エンボスやビードなどの、中空部材１０Ｂの底壁部２ａ等に設けられる窪み部分を意味する。図５３に示すように、円形の凹部６１ａが底壁部２ａに設けられてもよい。
また、図５４に示すように、複数の凹部６１ｂが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、例えば、複数の凹部６１ｂが、中空部材１０Ｂの長手方向に横切る方向に並んで設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、複数の凹部６１ｂが曲げの起点として、中空部材１０Ｂが底壁部２ａ側に曲げ変形されやすくなる。
また、図５５に示すように、中空部材１０Ｂの長手方向に横切る方向に延在するビード部６１ｃが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、ビード部６１ｃが曲げの起点として、中空部材１０Ｂが底壁部２ａ側に曲げ変形される。なお、ビード部６１ｃの形状は、図５５に示す角丸矩形に限定されず、あらゆる形状であってもよい。
なお、上述した中空部材１０Ｂの長手方向に横切る方向は、図５５に示すような、中空部材１０Ｂの長手方向に直交する方向に限定されない。例えば、凹部６１が設けられた部分の面において、中空部材１０Ｂの長手方向と当該横切る方向とのなす角が、４５度以上９０度以下であればよい。
また、凹部６１の設けられる部分は底壁部２ａに限られない。例えば、側壁部２ｂや天壁部３ａに凹部６１が設けられてもよい。また、凹部６１が設けられた部分に対向する部分には、凹部６１等が設けられないことが好ましい。例えば、凹部６１が底壁部２ａに設けられた場合、天壁部３ａには別の凹部６１の曲げ変形を誘起する部分は設けられないことが好ましい。衝突荷重の入力時に、凹部６１が設けられた側に曲げ変形を誘起するためである。
また、図５６に示すように、凹部６１ｄが稜線部２ｄに設けられてもよい。これにより、中空部材１０Ｂのうち長手方向で凹部６１ｄが設けられた部分の全塑性モーメントが顕著に変化するので、凹部６１ｄが設けられた部分を曲げの起点とする曲げ変形をより確実に誘起することができる。
上述したような凹部６１を設ける場合、凹部６１の形態は特に限定されないが、凹部６１は以下に示す形態を有することが好ましい。例えば、中空部材１０Ｂが高強度鋼板により形成される場合、成型性の観点から、図５７に示すように、凹部６１の深さＤｄ（凹部６１が設けられた部分の面６１１と凹部６１の底６１２との間における、平面に直交する方向の長さ、図５７参照）は、中空部材１０Ｂの板厚の３倍以上であることが好ましい。また、中空部材１０Ｂの長手方向における凹部６１の縁６１３同士の距離Ｌｄ（図５７参照）は、５０ｍｍ以下であることが好ましい。
図５８は、一実施形態に係る中空部材に設けられる凹部の他の例を示す模式図である。図５８に示すように、中空部材１０Ｂの長手方向に延在する凹部６１ｅ、６１ｆが、中空部材１０Ｂの長手方向に沿って並んで設けられている。凹部６１ｅと凹部６１ｆにおいて凹部の縁に長手方向に沿って稜線がある。この場合、中空部材１０Ｂのうち、長手方向における凹部６１ｅと凹部６１ｆとの間の部分６１０で曲げが生じる。長手方向における凹部６１ｅと凹部６１ｆとの間の部分６１０において稜線が断絶しているからである。すなわち、長手方向における凹部６１ｅと凹部６１ｆとの間の部分６１０は形状変化部である。なお、この場合においても、中空部材１０Ｂが高強度鋼板により形成される場合、成型性の観点から、凹部６１ｅ、６１ｆの深さＤｄは、中空部材１０Ｂの板厚の３倍以上であることが好ましい。また、当該部分６１０には、凹部、後述する凸部、薄肉部または異強度部等が形成されていてもよい。
なお、凹部６１ｅおよび凹部６１ｆは、図５８に示すように、必ずしも直列に並んでいなくてもよい。また、凹部６１ｅおよび凹部６１ｆは、必ずしも中空部材１０Ｂの長手方向に延在していなくてもよい。例えば、凹部６１ｅおよび凹部６１ｆが設けられた部分の面において、中空部材１０Ｂの長手方向と凹部６１ｅおよび凹部６１ｆの延在方向とのなす角は、０度以上４５度以下であればよい。
（凸部）
凸部は、形状変化部の特徴を備える。図５９は、一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図５９に示すように、底壁部２ａには凸部６２が設けられている。凸部６２が設けられた部分は形状変化部である。図５９に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、中空部材１０の長手方向における凸部６２の縁８ａまたは８ｂの少なくともいずれかにおいて、凸部６２が曲げ内側となるように屈曲する。そのため、レインフォースメント４は少なくとも凸部６２並びに凸部６２の前後の領域８ａおよび８ｂに対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により凸部６２の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
ここで、図５９では、第１の実施形態および第４の実施形態の第２の例のように、フレーム１がレインフォースメント４を有する場合の凸部の例が示されている。他の例として、図６０および図６１に、フレーム１がレインフォースメント４を有さない場合の穴部の例を示す。
図６０は、一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図６０に示したフレーム１は、第２の実施形態に係るフレーム１である。図６０に示すように、底壁部２ａには凸部６２が設けられている。凸部６２が設けられた部分は形状変化部である。図６０に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、中空部材１０の長手方向における凸部６２の前後の縁８ａまたは８ｂのうち、最も全塑性モーメントが低くなる部分において、凸部６２が曲げ内側となるように屈曲する。すなわち、中空部材１０の長手方向において、中空部材１０のうち凸部６２およびその前後の縁８ａおよび８ｂを含む部分が、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部となる。そのため、充填部材５は、少なくとも凸部６２およびその前後の縁８ａおよび８ｂが設けられた部分における底壁部２ａ内面に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により凸部６２の近傍において屈曲が生じた場合に、フレーム１の面外変形を抑制し、フレーム１の耐荷重性能を高く維持することができる。
図６１は、一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図６１に示したフレーム１は、第３の実施形態に係るフレーム１である。図６１に示すように、底壁部２ａには凸部６２が設けられている。凸部６２が設けられた部分は形状変化部である。図６１に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、中空部材１０の長手方向における凸部６２の前後の縁８ａまたは８ｂのうち、最も全塑性モーメントが低くなる部分において、凸部６２が曲げ内側となるように屈曲する。すなわち、中空部材１０の長手方向において、中空部材１０のうち凸部６２およびその前後の縁８ａおよび８ｂを含む部分が、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部となる。そのため、充填部材５は、少なくとも凸部６２およびその前後の縁８ａおよび８ｂが設けられた部分における側壁部２ｂ内面に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により凸部６２の近傍において屈曲が生じた場合に、フレーム１の面外変形を抑制し、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性を高く維持することができる。
なお、凸部の形状および配置については、上述した例に限られない。図６２〜図６５は、一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。ここでいう凸部は、例えば、中空部材１０の加工等により実現される。すなわち、かかる凸部は、中空部材１０Ｃを構成する鋼板の一部を変形させて設けられるものであってもよい。図６２に示すように、円形の凸部６２ａが底壁部２ａに設けられてもよい。
また、図６３に示すように、複数の凸部６２ｂが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、例えば、複数の凸部６２ｂが、中空部材１０Ｃの長手方向に横切る方向に並んで設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、中空部材１０Ｃの長手方向における複数の凸部６２ｂの前後の領域のいずれかが曲げの起点として、中空部材１０Ｃが底壁部２ａ側に曲げ変形されやすくなる。
また、図６４に示すように、中空部材１０Ｃの長手方向に横切る方向に延在する凸部６２ｃが底壁部２ａに設けられてもよい。この場合、衝突荷重の入力時において、中空部材１０Ｃの長手方向における凸部６２ｃの前後の領域のいずれかが曲げの起点として、中空部材１０Ｃが底壁部２ａ側に曲げ変形される。なお、凸部６２ｃの形状は、図６４に示す角丸矩形に限定されず、あらゆる形状であってもよい。
なお、上述した中空部材１０Ｃの長手方向に横切る方向は、図６４に示すような、中空部材１０Ｃの長手方向に直交する方向に限定されない。例えば、凸部６２が設けられた部分の面において、中空部材１０Ｃの長手方向と当該横切る方向とのなす角が、４５度以上９０度以下であればよい。
また、凸部６２の設けられる部分は底壁部２ａに限られない。例えば、側壁部２ｂや天壁部３ａに凸部６２が設けられてもよい。また、凸部６２が設けられた部分に対向する部分には、凸部６２等が設けられないことが好ましい。例えば、凸部６２が底壁部２ａに設けられた場合、天壁部３ａには別の凸部６２等の曲げ変形を誘起する部分は設けられないことが好ましい。衝突荷重の入力時に、凸部６２が設けられた側に曲げ変形を誘起するためである。
また、図６５に示すように、凸部６２ｄが稜線部２ｄに設けられてもよい。これにより、中空部材１０Ｃのうち長手方向で凸部６２ｄが設けられた部分で稜線が断絶するので、凸部６２ｄが設けられた部分を曲げの起点とする曲げ変形をより確実に誘起することができる。
上述したような凸部６２を設ける場合、凸部６２の形態は特に限定されないが、凸部６２は以下に示す形態を有することが好ましい。例えば、中空部材１０Ｃが高強度鋼板により形成される場合、成型性の観点から、図６６に示すように、凸部６２の高さＨｄ（凸部６２が設けられた部分の面６２１と凸部６２の頂６２２との間における、平面に直交する方向の長さ、図６６参照）は、中空部材１０Ｃの板厚の３倍以上であることが好ましい。また、中空部材１０Ｃの長手方向における凸部６２の縁６２３同士の距離Ｌｄ（図６６参照）は、５０ｍｍ以下であることが好ましい。
図６７は、一実施形態に係る中空部材に設けられる凸部の他の例を示す模式図である。図６７に示すように、中空部材１０Ｃの長手方向に延在する凸部６２ｅ、６２ｆが、中空部材１０Ｃの長手方向に沿って並んで設けられている。凸部６２ｅ、６２ｆにおいて凸部の縁に長手方向に沿って稜線がある。この場合、中空部材１０Ｃのうち、長手方向における凸部６２ｅと凸部６２ｆとの間の部分６２０で曲げが生じる。長手方向における凸部６２ｅと凸部６２ｆとの間の部分６２０において稜線が断絶しているからである。すなわち、長手方向における凸部６２ｅと凸部６２ｆとの間の部分６２０は形状変化部である。なお、この場合においても、中空部材１０Ｃが高強度鋼板により形成される場合、成型性の観点から、凸部６２ｅ、６２ｆの高さ（Ｈｄ）は、中空部材１０Ｃの板厚の３倍以上であることが好ましい。また、当該部分６２０には、上述した凹部、凸部または後述する薄肉部もしくは異強度部等が形成されていてもよい。
なお、凸部６２ｅおよび凸部６２ｆは、図６７に示すように、必ずしも直列に並んでいなくてもよい。また、凸部６２ｅおよび凸部６２ｆは、必ずしも中空部材１０Ｃの長手方向に延在していなくてもよい。例えば、凸部６２ｅおよび凸部６２ｆが設けられた部分の面において、中空部材１０Ｃの長手方向と凸部６２ｅおよび凸部６２ｆの延在方向とのなす角は、０度以上４５度以下であればよい。
（板厚変化部・薄肉部）
板厚変化部・薄肉部は、全塑性モーメント変化部と形状変化部の特徴を兼ね備える。図６８は、一実施形態に係る中空部材に設けられる板厚変化部の一例を示す模式図である。ここでいう板厚変化部とは、中空部材１０Ｄの長手方向において板厚が変化する部分を意味する。図６８に示すように、中空部材１０Ｄは、第１板厚部１１１および第２板厚部１１２を備える。第１板厚部１１１は中空部材１０Ｄの端部側に設けられ、第２板厚部１１２は、中空部材１０Ｄの長手方向に沿って第１板厚部１１１と連続して設けられる。第１板厚部１１１と第２板厚部１１２との間では、鋼板の板厚が異なる。板厚の大小関係については特に限定されないが、中空部材１０Ｄ全体の曲げ剛性の確保の観点から、第２板厚部１１２の板厚が第１板厚部１１１の板厚よりも大きいことが好ましい。
この場合、図６８に示すように、第１板厚部１１１と第２板厚部１１２との境目の部分が板厚変化部１１３となる。この板厚変化部１１３において中空部材１０Ｄの長手方向での全塑性モーメントが変化する。また板厚変化部１１３は形状変化部でもある。すなわち、板厚変化部１１３が曲げ誘起部に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｄに入力された場合、フレーム１は板厚変化部１１３において屈曲する。そのため、充填部材５は少なくとも板厚変化部１１３が設けられた底壁部２ａ又は板厚変化部１１３が設けられた部分における側壁部２ｂに密着して配置される。フレーム１がレインフォースメント４を有する場合、レインフォースメント４は少なくとも板厚変化部１１３が設けられた底壁部２ａに対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置されることが望ましい。これにより、衝突荷重Ｆの入力により板厚変化部１１３の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
また、曲げ誘起部は、例えば、薄肉部により実現されてもよい。図６９は、一実施形態に係る中空部材に設けられる薄肉部の一例を示す模式図である。図６９に示すように、底壁部２ａには、中空部材１０Ｄの長手方向前後において、他の部分よりも相対的に板厚が薄い薄肉部１１４が設けられている。薄肉部１１４を含む部分における中空部材１０の全塑性モーメントは、薄肉部１１４が設けられた部分の前後（中空部材１０Ｄの長手方向についての）における部分の中空部材１０Ｄの全塑性モーメントよりも低い。薄肉部１１４は全塑性モーメント変化部と形状変化部の両方の特徴を備えている。すなわち、中空部材１０Ｄのうち薄肉部１１４が設けられた部分が曲げ誘起部に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｄに入力された場合、フレーム１は薄肉部が設けられた部分において、薄肉部が曲げ内側となるように屈曲する。
かかる板厚変化部を有する中空部材１０Ｄは、例えば、切削、プレス、およびテーラードブランクからなる被加工板により形成されてもよい。かかる被加工板は、溶接線を有するテーラーウェルドブランク（Tailor Welded Blank；ＴＷＢ）であってもよい。また、上記被加工板は、圧延ロールにより板厚を異ならせて設けられるテーラーロールドブランク（Tailor Rolled Blank；ＴＲＢ）であってもよい。ＴＷＢにおいては、板厚変化部における差厚は０．２ｍｍ以上とすることが可能である。また、ＴＲＢにおいては、部材長手方向当たりの板厚変化部における板厚変化量は、０．１ｍｍ／１００ｍｍ以上とすることが可能である。
（異強度部・強度変化部）
異強度部と強度変化部は、全塑性モーメント変化部の特徴を備える。異強度部は、中空部材１０の長手方向で中空部材１０の降伏強度が変化する部分である。例えば、中空部材１０の長手方向で降伏強度が変化する部分においては、周囲に比べ全塑性モーメントが小さい箇所がある。すなわち、異強度部は全塑性モーメント変化部である。従って、当該箇所で中空部材１０の塑性変形が誘起される。強度変化部は、中空部材１０の長手方向で中空部材１０の降伏強度が変化する境界部分である。すなわち、強度変化部は全塑性モーメント変化部である。
図７０は、一実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図７０に示すように、底壁部２ａには異強度部６３が設けられている。異強度部６３は、例えば、中空部材１０に対して部分的に溶接、焼き入れまたは焼き戻し等の熱処理等を行うことにより設けられる。異強度部６３が設けられた部分における中空部材１０の降伏強度は、異強度部６３が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の降伏強度とは異なる。したがって、図７０に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、異強度部６３または異強度部６３の近傍において、異強度部６３が曲げ内側となるように屈曲する。この屈曲は、異強度部６３または異強度部６３の近傍の領域が塑性変形することにより生じる屈曲である。そのため、レインフォースメント４は少なくとも異強度部６３または異強度部６３の近傍の領域に対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により異強度部６３または異強度部６３の近傍において屈曲が生じた場合に、レインフォースメント４の面外変形を抑制し、レインフォースメント４の座屈を抑制することができる。
ここで、図７０では、第１の実施形態および第４の実施形態の第２の例のように、フレーム１がレインフォースメント４を有する場合の異強度部の例が示されている。他の例として、図７１および図７２に、フレーム１がレインフォースメント４を有さない場合の穴部の例を示す。
図７１は、一実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図７１に示したフレーム１は、第２の実施形態に係るフレーム１である。図７１に示すように、底壁部２ａには異強度部６３が設けられている。異強度部６３は、例えば、中空部材１０に対して部分的に溶接、焼き入れまたは焼き戻し等の熱処理等を行うことにより設けられる。異強度部６３が設けられた部分における中空部材１０の降伏強度は、異強度部６３が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の降伏強度とは異なる。したがって、図７１に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、異強度部６３または異強度部６３の近傍において、異強度部６３が曲げ内側となるように屈曲する。すなわち、中空部材１０の長手方向において、中空部材１０のうち異強度部６３を含む部分が、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部となる。この屈曲は、異強度部６３または異強度部６３の近傍の領域が塑性変形することにより生じる屈曲である。そのため、充填部材５は、少なくとも異強度部６３の近傍を含む部分における底壁部２ａの内面に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により異強度部６３の近傍において屈曲が生じた場合に、フレーム１の面外変形を抑制し、フレーム１の耐荷重性能を高く維持することができる。
図７２は、一実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の例を説明するためのフレーム１の断面図である。図７２に示したフレーム１は、第３の実施形態に係るフレーム１である。図７２に示すように、底壁部２ａには異強度部６３が設けられている。異強度部６３は、例えば、中空部材１０に対して部分的に溶接、焼き入れまたは焼き戻し等の熱処理等を行うことにより設けられる。異強度部６３が設けられた部分における中空部材１０の降伏強度は、異強度部６３が設けられた部分の前後（中空部材１０の長手方向についての）における部分の中空部材１０の降伏強度とは異なる。したがって、図７２に示す衝突荷重Ｆが中空部材１０に入力された場合、異強度部６３または異強度部６３の近傍において、異強度部６３が曲げ内側となるように屈曲する。すなわち、中空部材１０の長手方向において、中空部材１０のうち異強度部６３を含む部分が、中空部材１０に設けられる曲げ誘起部となる。この屈曲は、異強度部６３または異強度部６３の近傍の領域が塑性変形することにより生じる屈曲である。そのため、充填部材５は、少なくとも異強度部６３の近傍を含む部分における側壁部２ｂの内面に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により異強度部６３の近傍において屈曲が生じた場合に、フレーム１の面外変形を抑制し、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性を高く維持することができる。
なお、異強度部の配置については、上述した例に限られない。図７３、図７４は、一実施形態に係る中空部材に設けられる異強度部の他の例を示す模式図である。ここでいう異強度部は、中空部材１０Ｅを形成する被加工板に対する溶接または熱処理等により実現される。
図７３に示すように、中空部材１０Ｅの長手方向に対する断面周方向に沿って異強度部１２０が設けられている。この場合も、中空部材１０Ｅのうち異強度部１２０が設けられた部分が曲げ誘起部に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｅに入力された場合、フレーム１は異強度部１２０が設けられた部分において、異強度部１２０が曲げ内側となるように屈曲する。
なお、かかる異強度部は、例えば、図７４に示したように、底壁部２ａ等、中空部材１０Ｅの断面を構成する壁部の少なくともいずれかに部分的に設けられてもよい。かかる場合においても、衝突荷重が中空部材１０Ｅに入力された場合、フレーム１は異強度部１２１が設けられた部分において、異強度部１２１が曲げ内側となるように屈曲する。
また、曲げ誘起部は、例えば、強度変化部により実現されてもよい。図７５は、一実施形態に係る中空部材に設けられる強度変化部の一例を示す模式図である。図７５に示すように、中空部材１０Ｅは、第１強度部１２２および第２強度部１２３を備える。第１強度部１２２は中空部材１０Ｅの端部側に設けられ、第２強度部１２３は、中空部材１０Ｅの長手方向に沿って第１強度部１２２と連続して設けられる。第１強度部１２２と第２強度部１２３との間では、鋼板の降伏強度が異なる。降伏強度の大小関係については特に限定されないが、中空部材１０Ｅ全体としての曲げ剛性の確保の観点から、第２強度部１２３の降伏強度が第１強度部１２２の降伏強度よりも大きいことが好ましい。
この場合、図７５に示すように、第１強度部１２２と第２強度部１２３との境目の部分が強度変化部１２４となる。この強度変化部１２４において中空部材１０Ｅの長手方向での降伏強度が変化する。すなわち、強度変化部１２４が曲げ誘起部に相当する。したがって、衝突荷重が中空部材１０Ｅに入力された場合、フレーム１は強度変化部１２４において屈曲する。
（組み合わせ）
なお、屈曲部を有する中空部材において、屈曲部の曲げ内側部分に上記の例に示した穴部等の曲げを誘起させるための部分がさらに設けられてもよい。図７６は一実施形態に係る中空部材に設けられる屈曲部および穴部の組み合わせの例を説明するためのフレーム１の断面図である。図７６に示すように、中空部材１０には屈曲部６Ａが設けられ、底壁部２ａの曲げ内側部分６Ａａには穴部６４が設けられる。レインフォースメント４は少なくとも曲げ内側部分６Ａａおよび穴部６４に対向する位置に設けられ、充填部材５はレインフォースメント４に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により、屈曲部６Ａにおいて中空部材１０をより確実に屈曲させることができる。
ここで、図７６では、第１の実施形態および第４の実施形態の第２の例のように、フレーム１がレインフォースメント４を有する場合の異強度部の例が示されている。他の例として、図７７および図７８に、フレーム１がレインフォースメント４を有さない場合の穴部の例を示す。
図７７および図７８は、一実施形態に係る中空部材に設けられる屈曲部および穴部の組み合わせの例を説明するためのフレーム１の断面図である。図７７に示したフレーム１は、第２の実施形態に係るフレーム１である。図７８に示したフレーム１は、第３の実施形態に係るフレーム１である。図７７および図７８に示すように、中空部材１０には屈曲部６Ａが設けられ、底壁部２ａの曲げ内側部分には穴部６４が設けられる。充填部材５は屈曲部６Ａにおける底壁部２ａ又は側壁部２ｂの内面に密着して配置される。これにより、衝突荷重Ｆの入力により、屈曲部６において中空部材１０をより確実に屈曲させることができる。
曲げ誘起部の組み合わせは図７６に示した例に限られず、上記に示した曲げ誘起部の例を複数組み合わせることにより、曲げ誘起部における中空部材１０の屈曲をより確実に生じさせることができる。例えば、上述した屈曲部、凹部、凸部、穴部、板厚変化部、薄肉部、異強度部および強度変化部の少なくとも２つ以上の組み合わせにより、曲げ誘起部が実現されてもよい。特に、曲げ誘起部のうち、形状変化部と全塑性モーメント変化部の組み合わせは、小さな形状変化部を機能させ、所望の方向に中空部材１０を曲げるために有用である。
なお、図４２、図４３、図５０、図５９、図７０、図７６に示したレインフォースメント４の設置位置は、曲げ誘起部の内側のみであるが、本発明はかかる例に限定されない。少なくとも曲げ誘起部の内側に設けられていれば、レインフォースメント４の長手方向の長さおよび設置位置は特に限定されない。フレーム１に要求される衝突安全性能および重量等に応じて、レインフォースメント４のサイズ、材質および設置位置は適宜調整される。
（曲げ誘起部の他の例）
また、中空部材１０に効果的な曲げ誘起部が設けられない場合であっても、レインフォースメント４に屈曲部、凹部、凸部、穴部、板厚変化部、薄肉部、異強度部および強度変化部が設けられれば、レインフォースメント４の屈曲部、凹部、凸部、穴部、板厚変化部、薄肉部、異強度部および強度変化部が曲げ誘起部になる。しかしながら、レインフォースメント４に曲げ誘起部が設けられても、中空部材１０の曲げ誘起部に比べ、同じ条件であれば、曲げ誘起部としての効果は得られにくい。なぜなら、レインフォースメント４は中空部材１０の内部にあるため、曲げ変形挙動への影響が小さいからである。
故に、中空部材１０に設けられた曲げ誘起部が主要な曲げ誘起部として扱われる。また、中空部材１０に曲げ誘起部が設けられず、レインフォースメント４に凹部、凸部、穴部、板厚変化部、薄肉部、異強度部および強度変化部があれば、それらが曲げ誘起部とみなされる。
この場合、例えば、屈曲部については、中空部材１０とレインフォースメント４とを合わせた断面（すなわち、充填部材５を除くフレーム１の断面）の重心により形成される長手方向に沿った重心の軌跡の曲率半径が２６０ｍｍ以下である部分が、曲げ誘起部となる屈曲部とみなされる。
さらに、レインフォースメント４に上述したような構成に基づく曲げ誘起部が設けられていない場合であっても、レインフォースメント４の端部が曲げ誘起部になることもある。なぜなら、フレーム１の長手方向において、レインフォースメント４の有無により全塑性モーメントが変化するからである。図７９は、一実施形態に係る中空部材１０の内側にレインフォースメント４を長手方向に離間して並設した構成例を示すフレーム１の断面図である。例えば、図７９に示すように、レインフォースメント４を長手方向に離間して配置した場合、部材の長手方向のレインフォースメント４の端部の位置に充填部材５を配置すれば、部材の変形を緩和することができる。このように、充填部材５を除くフレーム１の全塑性モーメントが長手方向で変化する部分が、曲げ誘起部とみなされる。
以上の様に、長手方向の曲げ誘起部を特定できる。更に、長手方向の曲げ誘起部の中で、長手方向に垂直な断面内で曲げ誘起部を定義する必要があれば、次のようにみなす。曲げ誘起部が形状変化部である場合、形状変化部が断面内の曲げ誘起部である。曲げ誘起部が屈曲部である場合、重心から長手方向に沿った重心の軌跡の湾曲の中心に向かう方向が、中空部材１０が曲がる方向である。中空部材１０の断面の外周部のうち、重心と重心の軌跡の湾曲の中心とを結ぶ線と交わる箇所を、断面内の曲げ誘起部とみなす。
＜＜７．中空部材の閉断面の形状の例＞＞
中空部材１０の有する閉断面の形状の例について説明する。図８０は、本発明の他の実施形態に係る中空部材１０の第１の例の長手方向に直交する断面を示す断面図である。図８０に示すように、中空部材１０の閉断面は、Ｘ軸について対称な略六角形の形状を有する。このうち、第１の構造部材２のＸ軸方向に略直交する部分において、４つの頂点２ｄ、２ｄ、２ｆ、２ｆが存在する。ここで、頂点２ｄの内角ａｎｇ１が頂点２ｆの内郭ａｎｇ２より小さい場合、頂点２ｄが稜線部２ｄとして定義される。すなわち、頂点２ｆ、２ｆを含む、一対の稜線部２ｄに挟まれる部分が、底壁部２ａと定義される。
図８１は、本発明の他の実施形態に係る中空部材１０の第２の例の長手方向に直交する断面を示す断面図である。図８１に示すように、第１の構造部材２および第２の構造部材３０は、ハット型の断面形状を有する。すなわち、中空部材１０は、ハット型の断面形状を有する２つの構造部材により形成される。この場合、第１の構造部材２の側壁部２ｂおよび第２の構造部材３０の側壁部３０ｂは、第１の構造部材２の稜線部２ｅと第２の構造部材３０の稜線部３０ｅとを介して、連続した一つの側壁部（連続側壁部）として定義される。すなわち、中空部材１０の閉断面は、底壁部２ａと、一対の連続側壁部と、底壁部３０ａ（天壁部に相当）により形成される。
また、中空部材１０、および中空部材１０の有する閉断面の形状は、図３、図８０および図８１に示した例に限定されない。中空部材１０の有する閉断面の形状が略多角形であり、当該閉断面を形成する底壁部、一対の側壁部および天壁部に相当する部分が定義できれば、本発明に係る技術は中空部材１０に対して適用可能である。例えば、中空部材は、Ｕ字形の断面形状を有する２つの構造部材を、開口部分が対向するように重ねあわせることにより得られる閉断面を有する中空部材であってもよい。また、中空部材は、円管に対してハイドロフォーミングまたは曲げ加工等を行うことにより形成される中空部材であってもよい。
また、中空部材１０の有する閉断面の形状が略多角形以外の任意の形状であっても、本発明に係る技術は中空部材１０に対して適用可能である。図８２は、本発明の他の実施形態に係る中空部材１０の第３の例の長手方向に直交する断面を示す断面図である。図８２に示すように、中空部材１０は、円形の断面形状を有する第３の構造部材９により形成される。中空部材１０は、長手方向に延びる円管である。
第３の構造部材９は、第１の金属板の一例である。第３の構造部材９は、例えば鋼板等の金属板により形成される。第３の構造部材９の強度は特に限定されない。ただし、軽量化により低減し得るフレームの全体的な強度を補うために、第３の構造部材９の引張強度は７８０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、第３の構造部材９の引張強度は９８０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。
なお、図８２では、ひとつの構造部材により中空部材１０が形成される例を示したが、２以上の構造部材が互いに接合されることで中空部材１０が形成されてもよい。また、中空部材１０の断面形状は、真円であってもよいし、楕円であってもよい。
＜＜８．充填部材の配置範囲＞＞
第１〜第４の実施形態において説明したように、充填部材５は、樹脂材の一例であり、フレーム１の曲げ誘起部に対応する箇所に配置される。以下では、曲げ誘起部と充填部材５の配置範囲の具体例について説明する。
・第１の観点
まず、図８３〜図９１を参照して、フレーム１（中空部材１０）をＺ軸方向から見たときの充填部材５の配置範囲について説明する。なお、以下の説明では、フレーム１の長手方向（Ｙ軸方向）を「長手方向Ｙ」と称し、フレーム１の高さ方向（Ｘ軸方向）を「高さ方向Ｘ」と称し、フレーム１の幅方向（Ｚ軸方向）を「幅方向Ｚ」と称する場合もある。
（屈曲部の具体例１）
図８３は、フレーム１に設けられた曲げ誘起部（屈曲部）と充填部材５の具体例を示す。図８３に示すように、フレーム１の底壁部２ａに、曲げ誘起部として、湾曲状の屈曲部６ａが設けられている。この屈曲部６ａは、フレーム１の底壁部２ａが長手方向Ｙに沿って曲線状に湾曲した領域であり、当該屈曲部６ａの位置でフレーム１の曲げ変形が誘起される。
充填部材５は、フレーム１の屈曲部６ａの内側に、底壁部２ａの内面に密着して設けられる。充填部材５は、屈曲部６ａの長手方向Ｙの全体及びその周辺部分の底壁部２ａを覆うように配置されており、充填部材５の長手方向Ｙの両端部５Ｅ１、５Ｅ２はそれぞれ、屈曲部６ａの長手方向Ｙの両端部６ａＥ１、６ａＥ２よりも長手方向Ｙの外側に延出している。この充填部材５の延出部分の長手方向Ｙの長さを延出長ＬＰと称する。図８３に示すように、一側の延出長ＬＰは、充填部材５の長手方向Ｙの一側端部５Ｅ１と、屈曲部６ａの長手方向Ｙの一側端部６ａＥ１との間の距離に相当する。同様に、他側の延出長ＬＰは、充填部材５の長手方向Ｙの他側端部５Ｅ２と、屈曲部６ａの長手方向Ｙの他側端部６ａＥ２のとの間の距離に相当する。図８３に示す例では、両側の延出長ＬＰ、ＬＰは同一であるが、いずれか一方の延出長ＬＰが他方の延出長ＬＰより長くてもよい。
そして、上記充填部材５の延出長ＬＰがフレーム１（中空部材１０）の断面高さＨの２分の１以下となる範囲内で、当該充填部材５は、屈曲部６ａ（曲げ誘起部）の全体及びその周辺の底壁部２ａを覆うように配置されることが好ましい。つまり、ＬＰ≦Ｈ／２であることが好ましい。これにより、フレーム１に対して荷重が入力された時に、屈曲部６ａ（曲げ誘起部）及び充填部材５によるエネルギ吸収量を高い質量効率で向上できる。さらに、フレーム１のうち屈曲部６ａ（曲げ誘起部）から離隔した部分では、当該エネルギ吸収特性が低いが、上記のようにＬＰ≦Ｈ／２とすることにより、当該離隔部分に充填部材５を無駄に配置しなくてすむので、充填部材５の配置に伴うフレーム１の不必要な重量増加を抑制できる。
（屈曲部の具体例２）
図８４は、フレーム１に設けられた曲げ誘起部（屈曲部）と充填部材５の別の具体例を示す。図８４に示すように、フレーム１の底壁部２ａに、曲げ誘起部として、角型の屈曲部６ｂが設けられている。この屈曲部６ｂは、フレーム１が所定位置で角型に折れ曲がった部分である。屈曲部６ｂの長手方向Ｙの両側の底壁部２ａは平面状であり、これら平面状の底壁部２ａが角度を成して交わる稜線部分が屈曲部６ｂを構成する。当該屈曲部６ｂの折れ曲がり位置でフレーム１の曲げ変形が誘起される。
充填部材５は、フレーム１の屈曲部６ｂの内側に、底壁部２ａの内面に密着して設けられる。充填部材５は、屈曲部６ｂの全体及びその周辺部分の底壁部２ａを覆うように配置されており、充填部材５の長手方向Ｙの両端部５Ｅ１、５Ｅ２はそれぞれ、屈曲部６ｂから長手方向Ｙの両側に、延出長ＬＰ、ＬＰだけ延出している。図８４に示すように、一側の延出長ＬＰは、充填部材５の長手方向Ｙの一側端部５Ｅ１と、屈曲部６ｂとの間の距離に相当する。同様に、他側の延出長ＬＰは、充填部材５の長手方向Ｙの他側端部５Ｅ２と、屈曲部６ｂとの間の距離に相当する。図８４に示す例では、両側の延出長ＬＰ、ＬＰは同一であるが、いずれか一方の延出長ＬＰが他方の延出長ＬＰより長くてもよい。
そして、上記充填部材５の延出長ＬＰがフレーム１（中空部材１０）の断面高さＨの２分の１以下となる範囲内で、充填部材５が配置される（ＬＰ≦Ｈ／２）。これにより、図８４に示す屈曲部６ｂの例でも、上記図８３の例の屈曲部６ａの場合と同様な効果が得られる。
ここで、図８５および図８６を参照して、中空部材１０の断面高さＨについて説明する。
図８５は、中空部材１０の一例を示す断面図であり、当該中空部材１０の長手方向Ｘに直交する断面を示している。図８５に示すように、中空部材１０は、ハット型の断面形状を有する第１の構造部材２と、平板状の第２の構造部材３とからなる。第１の構造部材２は、底壁部２ａと、底壁部２ａの幅方向Ｚの両側に設けられる一対の側壁部２ｂ、２ｂと、側壁部２ｂ、２ｂの端部にそれぞれ設けられる一対のフランジ部２ｃ、２ｃと、稜線部２ｄ、２ｄ、２ｅ、２ｅとを有する。一対の側壁部２ｂ、２ｂの長さは、互いに等しい。第２の構造部材３は、上記底壁部２ａに対向して配置される天壁部３ａと、上記フランジ部２ｃ、２ｃに対して接合される一対の接合部３ｃ、３ｃとを有する。
ここで、中空部材１０の断面高さＨとは、中空部材１０の長手方向Ｙに直交する断面において、中空部材１０の高さ方向Ｘの最大長である。即ち、断面高さＨとは、中空部材１０の曲げ変形時に内側となる面（曲げ内側面）と、当該面に対向する面（曲げ外側面）との間の距離のうち、最大の距離をいう。図８５に示す中空部材１０の例においては、天壁部３ａが曲げ内側面に相当し、底壁部２ａが曲げ外側面に相当する。そして、天壁部３ａと底壁部２ａは相互に対向し、かつ相互に平行である。したがって、図８５の例の中空部材１０の断面高さＨは、天壁部３ａの外壁面と、天壁部３ａに対向する底壁部２ａの外壁面との間の高さ方向Ｘの距離である。
図８６は、中空部材１０の別の例を示す断面図であり、当該中空部材１０の長手方向Ｘに直交する断面を示している。図８６に示す中空部材１０の例においても、上記図８５の例と同様に、天壁部３ａが曲げ内側面に相当し、底壁部２ａが曲げ外側面に相当する。一方、図８６に示す中空部材１０の例においては、第１の構造部材２の底壁部２ａと第２の構造部材３の天壁部３ａは、相互に平行ではなく、相互に交差する方向に配置されている。したがって、図８６の例の中空部材１０の断面高さＨは、天壁部３ａの外壁面と底壁部２ａの外壁面との間の高さ方向Ｘの距離のうち最大の距離、即ち、天壁部３ａの外壁面と、稜線部２ｄの位置における底壁部２ａの外壁面との間の距離である。
（穴部の具体例）
図８７は、フレーム１に設けられた曲げ誘起部（穴部）と充填部材５の具体例を示す。図８７に示すように、フレーム１の底壁部２ａに、曲げ誘起部として、穴部６０が設けられている。この穴部６０は、フレーム１の底壁部２ａに貫通形成された開口である。ＹＺ平面視において、穴部６０の形状は、例えば、幅方向Ｚに延びる縦長の長方形状が好適であるが、その他にも、矩形状、多角形状、円形状、楕円形状など任意の形状であってもよい。当該穴部６０でフレーム１の曲げ変形が誘起される。
図８７に示すように、充填部材５は、フレーム１の穴部６０の内側に、当該穴部６０の周辺の底壁部２ａの内面に密着して設けられる。充填部材５は、穴部６０の全体及びその周辺部分の底壁部２ａを覆うように配置されている。充填部材５の長手方向Ｙの両端部５Ｅ１、５Ｅ２はそれぞれ、穴部６０の長手方向Ｙの両端部６０Ｅ１、６０Ｅ２よりも長手方向Ｙの両側に、延出長ＬＰ、ＬＰだけ延出している。延出長ＬＰ、ＬＰはそれぞれ、充填部材５の長手方向Ｙの一側端部５Ｅ１又は他側端部５Ｅ２と、穴部６０の一側端部６０Ｅ１又は他側端部６０Ｅ２との間の距離に相当する。前述したように、両側の延出長ＬＰ、ＬＰは同一であってもよいし、いずれか一方の延出長ＬＰが他方の延出長ＬＰより長くてもよい。また、上記と同様に、ＬＰ≦Ｈ／２となる範囲内で、充填部材５が配置される。これにより、図８７に示す穴部６０の例でも、上記図８３の例の屈曲部６ａの場合と同様な効果が得られる。
（凹部の具体例）
図８８は、フレーム１に設けられた曲げ誘起部（凹部）と充填部材５の具体例を示す。図８８に示すように、フレーム１の底壁部２ａに、曲げ誘起部として、凹部６１が設けられている。この凹部６１は、フレーム１の底壁部２ａの一部が内側に向けて陥没形成された部分である。ＹＺ平面視において、凹部６１の形状は、例えば、幅方向Ｚに延びる縦長の長方形状が好適であるが、その他にも、矩形状、多角形状、円形状、楕円形状など任意の形状であってもよい。当該凹部６１でフレーム１の曲げ変形が誘起される。
図８８に示すように、充填部材５は、フレーム１の凹部６１の内側に、底壁部２ａの内面に密着して設けられる。充填部材５は、凹部６１の全体及びその周辺部分の底壁部２ａを覆うように配置されており、充填部材５の長手方向Ｙの両端部５Ｅ１、５Ｅ２はそれぞれ、凹部６１の長手方向Ｙの両端部６１Ｅ１、６１Ｅ２よりも長手方向Ｙの両側に、延出長ＬＰ、ＬＰだけ延出している。延出長ＬＰ、ＬＰはそれぞれ、充填部材５の長手方向Ｙの一側端部５Ｅ１又は他側端部５Ｅ２と、凹部６１の一側端部６１Ｅ１又は他側端部６１Ｅ２との間の距離に相当する。前述したように、両側の延出長ＬＰ、ＬＰは同一であってもよいし、いずれか一方の延出長ＬＰが他方の延出長ＬＰより長くてもよい。また、上記と同様に、ＬＰ≦Ｈ／２となる範囲内で、充填部材５が配置される。これにより、図８８に示す凹部６１の例でも、上記図８３の例の屈曲部６ａの場合と同様な効果が得られる。
（凸部の具体例）
図８９は、フレーム１に設けられた曲げ誘起部（凸部）と充填部材５の具体例を示す。図８９に示すように、フレーム１の底壁部２ａに、曲げ誘起部として、凸部６２が設けられている。この凸部６２は、フレーム１の底壁部２ａの一部が外側に向けて突出形成された部分である。ＹＺ平面視において、凸部６２の形状は、例えば、幅方向Ｚに延びる縦長の長方形状が好適であるが、その他にも、矩形状、多角形状、円形状、楕円形状など任意の形状であってもよい。当該凸部６２でフレーム１の曲げ変形が誘起される。
図８９に示すように、充填部材５は、フレーム１の凸部６２の内側に、底壁部２ａの内面に密着して設けられる。充填部材５は、凸部６２の全体及びその周辺部分の底壁部２ａを覆うように配置されており、充填部材５の長手方向Ｙの両端部５Ｅ１、５Ｅ２はそれぞれ、凸部６２の長手方向Ｙの両端部６２Ｅ１、６２Ｅ２よりも長手方向Ｙの両側に、延出長ＬＰ、ＬＰだけ延出している。延出長ＬＰ、ＬＰはそれぞれ、充填部材５の長手方向Ｙの一側端部５Ｅ１又は他側端部５Ｅ２と、凸部６２の一側端部６２Ｅ１又は他側端部６２Ｅ２との間の距離に相当する。前述したように、両側の延出長ＬＰ、ＬＰは同一であってもよいし、いずれか一方の延出長ＬＰが他方の延出長ＬＰより長くてもよい。また、上記と同様に、ＬＰ≦Ｈ／２となる範囲内で、充填部材５が配置される。これにより、図８９に示す凸部６２の例でも、上記図８３の例の屈曲部６ａの場合と同様な効果が得られる。
（板厚変化部・薄肉部の具体例）
図９０は、フレーム１に設けられた曲げ誘起部（板厚変化部）と充填部材５の具体例を示す。図９０に示すように、フレーム１の底壁部２ａに、曲げ誘起部として、板厚変化部１１３が設けられている。この板厚変化部１１３は、鋼板の板厚が異なる第１板厚部１１１と第２板厚部１１２との境目の部分であり、例えば、幅方向Ｚに直線状に設けられる。当該板厚変化部１１３でフレーム１の曲げ変形が誘起される。
図９０に示すように、充填部材５は、フレーム１の板厚変化部１１３の内側に、底壁部２ａの内面に密着して設けられる。充填部材５は、板厚変化部１１３の全体及びその周辺部分の底壁部２ａを覆うように配置されており、充填部材５の長手方向Ｙの両端部５Ｅ１、５Ｅ２はそれぞれ、板厚変化部１１３よりも長手方向Ｙの両側に、延出長ＬＰ、ＬＰだけ延出している。延出長ＬＰ、ＬＰはそれぞれ、充填部材５の長手方向Ｙの一側端部５Ｅ１又は他側端部５Ｅ２と、板厚変化部１１３との間の距離に相当する。前述したように、両側の延出長ＬＰ、ＬＰは同一であってもよいし、いずれか一方の延出長ＬＰが他方の延出長ＬＰより長くてもよい。また、上記と同様に、ＬＰ≦Ｈ／２となる範囲内で、充填部材５が配置される。これにより、図９０に示す板厚変化部１１３の例でも、上記図８３の例の屈曲部６ａの場合と同様な効果が得られる。
（異強度部・強度変化部の具体例）
図９１は、フレーム１に設けられた曲げ誘起部（異強度部）と充填部材５の具体例を示す。図９１に示すように、フレーム１の底壁部２ａに、曲げ誘起部として、異強度部６３が設けられている。この異強度部６３は、フレーム１の底壁部２ａの強度が部分的に低下した部分であり、例えば、幅方向Ｚに延びる帯状に設けられる。当該異強度部６３でフレーム１の曲げ変形が誘起される。
図９１に示すように、充填部材５は、フレーム１の異強度部６３の内側に、底壁部２ａの内面に密着して設けられる。充填部材５は、異強度部６３の全体及びその周辺部分の底壁部２ａを覆うように配置されており、充填部材５の長手方向Ｙの両端部５Ｅ１、５Ｅ２はそれぞれ、異強度部６３の長手方向Ｙの両端部６３Ｅ１、６３Ｅ２よりも長手方向Ｙの両側に、延出長ＬＰ、ＬＰだけ延出している。延出長ＬＰ、ＬＰはそれぞれ、充填部材５の長手方向Ｙの一側端部５Ｅ１又は他側端部５Ｅ２と、異強度部６３の一側端部６３Ｅ１又は他側端部６１Ｅ２との間の距離に相当する。前述したように、両側の延出長ＬＰ、ＬＰは同一であってもよいし、いずれか一方の延出長ＬＰが他方の延出長ＬＰより長くてもよい。また、上記と同様に、ＬＰ≦Ｈ／２となる範囲内で、充填部材５が配置される。これにより、図９１に示す異強度部６３の例でも、上記図８３の例の屈曲部６ａの場合と同様な効果が得られる。
以上、第１の観点から、各々の曲げ誘起部の例における充填部材５の配置範囲について説明した。
充填部材５は、少なくとも曲げ誘起部に配置されることで、曲げ誘起部により誘起される曲げ変形時に生じるフレーム１の断面変形を抑制し、フレーム１の耐荷重性能を高く維持することができる。さらに、充填部材５は、曲げ誘起部及びその周辺部分を覆うように配置されることで、曲げ誘起部により誘起される曲げ変形時に生じるフレーム１の面外変形をより抑制し、フレーム１の耐荷重性能をより高く維持することができる。よって、荷重入力時のフレーム１のエネルギ吸収量をより向上させることができる。
加えて、曲げ誘起部から又は曲げ誘起部の端部からの充填部材５の延出長ＬＰ、ＬＰが、フレーム１（中空部材１０）の断面高さＨの２分の１以下となる範囲内で（ＬＰ≦Ｈ／２）、充填部材５は、曲げ誘起部の長手方向Ｙの全体及びその周辺部分を覆うように配置される。これにより、フレーム１の衝突安全性能の向上効果が低い範囲には充填部材５が配置されなくなる。したがって、充填部材５の配置に伴うフレーム１の不必要な重量増加を軽減することが可能である。このように、ＬＰ≦Ｈ／２を満たすように、充填部材５を配置することで、荷重入力時のエネルギ吸収量を高い質量効率で向上させることができる。
・第２の観点
続いて、図９２〜図９４を参照して、フレーム１（中空部材１０）をＸ軸方向から見たときの充填部材５の配置範囲について説明する。
図９２は、Ｘ軸方向から見たときのフレーム１の具体例を示す平面図である。図９２に示した例では、フレーム１に、曲げ誘起部として穴部６０ｃが設けられている。穴部６０ｃは、上記図４８を参照して説明したように、中空部材１０の底壁部２ａにおいて、幅方向Ｚに沿って延びる縦長の略長方形状に設けられる。
充填部材５は、穴部６０ｃにおいて、中空部材１０に密着して設けられている。詳しくは、充填部材５は、長手方向Ｙにおいて、穴部６０ｃの全部と、穴部６０ｃの端部６０ｃＥ１又は端部６０ｃＥ２を越えて穴部６０ｃの周辺部分の底壁部２ａに至るまでの範囲にわたって配置されている。充填部材５のうち、穴部６０ｃの端部６０ｃＥ１又は端部６０ｃＥ２を越える部分は、底壁部２ａの内面に密着して配置されている。また、充填部材５は、幅方向Ｚにおいて、穴部６０ｃの全部、及び穴部６０ｃの端部６０ｃＥ３又は端部６０ｃＥ４を越えて、穴部６０ｃの周辺部分の底壁部２ａに至るまでの範囲にわたって配置されている。充填部材５のうち、穴部６０ｃの端部６０ｃＥ３又は端部６０ｃＥ４を越える部分は、底壁部２ａの内面に密着して配置されている。
図９２に示した例では、充填部材５は、穴部６０ｃの全部を覆うように配置される。そのため、穴部６０ｃにおける長手方向Ｙのいずれの領域で屈曲が生じる場合であっても、少なくとも充填部材５が配置された領域において曲げ変形が生じる。したがって、穴部６０ｃにおける長手方向Ｙのいずれの領域で屈曲が生じる場合であっても、フレーム１の面外変形を抑制し、フレーム１の耐荷重性能を高く維持することができる。よって、荷重入力時のフレーム１のエネルギ吸収量を向上させることができる。
図９３は、Ｘ軸方向から見たときのフレーム１の別の具体例を示す平面図である。穴部６０ｃは、中空部材１０の底壁部２ａにおいて、幅方向Ｚに沿って延びる縦長の略長方形状に設けられる。この穴部６０ｃは、図９３に示したフレーム１における曲げ誘起部に相当する。
充填部材５は、穴部６０ｃの一部を覆うように、中空部材１０の底壁部２ａの内面に密着して設けられている。詳しくは、充填部材５は、長手方向Ｙにおいて、穴部６０ｃの長手方向Ｙの一側部分（領域６０１）を覆い、他側部分（領域６０２）を覆わないように配置され、かつ、穴部６０ｃの長手方向Ｙの一方の端部６０ｃＥ１を越えて底壁部２ａに至るまでの範囲にわたって配置されている。充填部材５のうち、穴部６０ｃの端部６０ｃＥ１を越える部分は、底壁部２ａの内面に密着して配置されている。一方で、充填部材５は、幅方向Ｚにおいて、穴部６０ｃの全部（領域６０１）を覆い、かつ、穴部６０ｃの端部６０ｃＥ３又は端部６０ｃＥ４を越えて底壁部２ａに至るまでの範囲にわたって配置されている。充填部材５のうち、穴部６０ｃの端部６０ｃＥ３又は端部６０ｃＥ４を越える部分は、底壁部２ａの内面に密着して配置されている。
図９３に示した例では、充填部材５は、穴部６０ｃの長手方向Ｙにおける一部（領域６０１）に配置され、穴部６０ｃの他の一部（領域６０２）に配置されない。少なくとも領域６０２に充填部材５が配置されないので、充填部材５の配置に伴うフレーム１の重量増加を軽減することができる。一方で、領域６０２は、充填部材５が配置されないので、充填部材５によるフレーム１の変形に対する抵抗効果が得られない。従って、領域６０２は、領域６０１と比較して屈曲しやすい。ここで、領域６０２の近傍である領域６０１に充填部材５が配置されている。したがって、領域６０２で屈曲が生じる場合に、領域６０１に配置された充填部材５は、かかる屈曲に伴い生じるフレーム１の面外変形を、屈曲が生じる部分の近傍で抑制することができる。他方、領域６０１で屈曲が生じる場合には、充填部材５は、当該部分におけるフレーム１の面外変形を抑制することができる。このように、穴部６０ｃにおける長手方向Ｙのいずれの領域で屈曲が生じる場合であっても、フレーム１の面外変形を抑制し、フレーム１の耐荷重性能を高く維持することができる。よって、荷重入力時のフレーム１のエネルギ吸収量を向上させることができる。
図９４は、Ｘ軸方向から見たときのフレーム１の別の具体例を示す平面図である。穴部６０ｃは、中空部材１０の底壁部２ａにおいて、幅方向Ｚに沿って延びる縦長の略長方形状に設けられる。この穴部６０ｃは、図９４に示したフレーム１における曲げ誘起部に相当する。
充填部材５は、穴部６０ｃの一部を覆うように、中空部材１０の底壁部２ａの内面に密着して設けられている。詳しくは、充填部材５は、穴部６０ｃの幅方向Ｚの中心部分（領域６０３）を覆い、幅方向Ｚの両側部分（領域６０４、６０４）を覆わないように配置されている。また、充填部材５は、穴部６０ｃの長手方向Ｙの端部６０ｃＥ１又は端部６０ｃＥ２を越えて、穴部６０ｃの周辺部分の底壁部２ａに至るまでの範囲にわたって配置されている。充填部材５のうち、穴部６０ｃの端部６０ｃＥ１又は端部６０ｃＥ２を越える部分は、底壁部２ａの内面に密着して配置されている。
図９４に示した例では、充填部材５は、穴部６０ｃの幅方向Ｚにおける一部（領域６０３）に配置され、穴部６０ｃの他の一部（領域６０４）に配置されない。少なくとも領域６０４に充填部材５が配置されないので、充填部材５の配置に伴うフレーム１の重量増加を軽減することができる。一方で、充填部材５は、穴部６０ｃの長手方向Ｙの全部を占める領域６０３に配置されている。そのため、穴部６０ｃにおける長手方向Ｙのいずれの領域で屈曲が生じる場合であっても、少なくとも充填部材５が配置された領域６０３において曲げ変形が生じる。したがって、穴部６０ｃにおける長手方向Ｙのいずれの領域で屈曲が生じる場合であっても、フレーム１の面外変形を抑制し、フレーム１の耐荷重性能を高く維持することができる。よって、荷重入力時のフレーム１のエネルギ吸収量を向上させることができる。
・第３の観点
続いて、図９５〜図９８を参照して、フレーム１（中空部材１０）をＹ軸方向から見たときの充填部材５の配置範囲について説明する。なお、以下では一例として、中空部材１０の断面形状が円形又は楕円である場合について説明する。図９５〜図９８はそれぞれ、Ｙ軸方向に直交する断面におけるフレーム１及び充填部材５の具体例を示す断面図である。
図９５に示した例では、中空部材１０の断面形状は円形である。充填部材５は、図示しない曲げ誘起部（例えば、穴部６０）において中空部材１０の内面に密着して配置されている。充填部材５は、中空部材１０の内面に密着する円弧状の密着面５０１と、中空部材１０の内面に接触しない湾曲状の解放面５０２と、から成る。充填部材５は、中空部材１０の断面において、中空部材１０の境界１９よりも、曲げ誘起部のある側（例えば、穴部６０が形成された側）に配置されることが望ましい。更に、解放面５０２が境界１９を超えない範囲に充填部材５が配置されることが望ましい。
なお、境界とは、断面の曲げ方向の高さを半分に分割する面である。換言すると、断面において曲げ方向の高さの中心で定義される面である。境界１９は曲げ変形時にかかる応力が概ねゼロである面である。曲げ変形時にかかる応力がゼロである面を曲げの中立面と定義すると、曲げの中立面と境界１９は厳密には異なる。曲げの中立面と境界１９が一致しないのは、次の理由による。構造材の圧縮と引張の剛性が異なること、構造材の板厚がどれも同じとは限らないこと、充填部材５がある側が変形しにくく中立面が充填部材５側に移動すること、曲げ変形が軸方向に圧縮又は引張の変形も伴うこと、等である。しかし、曲げの中立面と境界１９とが大きく乖離することはないので、境界１９を曲げの中立面とみなす。なお、曲げ方向は断面の重心から曲げ誘起部に向かう方向である。中空部材１０は、曲げ誘起部で座屈し、屈曲するからである。一つの断面に複数の曲げ誘起部がある場合、曲げ方向はそれぞれの曲げ誘起部の曲げのベクトルを合わせた方向である。曲げのベクトルの大きさは、曲げ誘起部の種類、位置、大きさ等によって変化する。例えば、曲げ誘起部が小さい場合、その曲げ誘起部による曲げのベクトルは小さい。実際の中空部材１０の設計では曲げたい箇所で確実に座屈するよう曲げ誘起部を設けるので、最も大きな曲げ誘起部を一つか二つ考慮すれば、曲げ方向は推定できる。例えば、ある面を曲げる場合、当該面の両側の稜線に曲げ誘起部を設ける。この場合、稜線に設けられた二つの曲げ誘起部を見れば、曲げ方向が重心から当該面に向かう方向であることは容易にわかる。
充填部材５のヤング率は中空部材１０を構成する金属板に比べ低い。従って、充填部材５は、応力が付与されると容易に変形する。この充填部材５が中空部材１０の変形を抑制するのは、中空部材１０のうち、圧縮応力を付与された箇所が面外変形するのを抑制するからである。すなわち、充填部材５が中空部材１０の面外変形を阻害するからである。故に、充填部材５は中空部材１０の変形時に圧縮変形する面に密着して配置されることが効果的である。更に、充填部材５の質量対効果の観点では、全ての充填部材５は、中空部材１０の変形時に圧縮変形する面に密着して配置されることが最も望ましい。中空部材１０の変形時に圧縮変形する面とは、中空部材１０の境界１９よりも、曲げ誘起部のある側の面（中空部材１０を構成する金属板）である。
このことから、充填部材５は、中空部材１０の曲げ誘起部のある断面において、断面の重心から曲げ誘起部に向かう方向で定義される断面の高さ方向で断面を２等分する境界１９より曲げ誘起部のある側に密着して配置されることが望ましい。
図９６に示した例では、中空部材１０の断面形状は楕円である。充填部材５は、図示しない曲げ誘起部において中空部材１０の内面に密着して配置されている。充填部材５は、中空部材１０の内面に密着する湾曲状の密着面５０３と、直線状の解放面５０４と、から成る。充填部材５は、中空部材１０の断面において、中空部材１０の境界１９よりも曲げ内側に配置される。つまり、解放面５０４が境界１９を超えない範囲に充填部材５が配置される。
図９７に示した例では、中空部材１０の断面形状は円形である。充填部材５は、図示しない曲げ誘起部において中空部材１０の内面に密着して配置されている。充填部材５は、中空部材１０の内面に密着する円弧状の密着面５０５と、一対の直線状の第１の解放面５０６、５０７と、円弧状の第２の解放面５０８と、から成る。充填部材５は、中空部材１０の断面において、中空部材１０の境界１９よりも曲げ内側に配置される。つまり、第１の解放面５０６及び５０７が境界１９を超えない範囲に充填部材５が配置される。
図９８に示した例では、中空部材１０の断面形状は円形である。充填部材５は、図示しない曲げ誘起部において中空部材１０の内面に密着して配置されている。壁穴２１は、中空部材１０の図示しない曲げ誘起部の近傍に設けられている。充填部材５は、上記第４の実施形態において説明したように、壁穴２１を貫通して中空部材１０に密着する。詳しくは、充填部材５は、中空部材１０の内壁面に密着する第１充填部分５１と、中空部材１０の外壁面に密着する第２充填部分５２と、壁穴２１に密着して設けられ第１充填部分５１と第２充填部分５２とを連結する第３充填部分５３と、を備える。充填部材５は、中空部材１０の断面において、中空部材１０の境界１９よりも曲げ内側に配置される。つまり、第１充填部分５１が境界１９を超えない範囲に充填部材５が配置される。
図９５〜図９８に示したように、充填部材５は、中空部材１０の断面において、中空部材１０の境界１９よりも曲げ誘起部により誘起される曲げ内側に配置される。境界１９は、曲げ変形時にかかる応力がゼロであり、境界１９付近は曲げ変形時にかかる応力が少ない。そのため、境界１９では中空部材１０に面外変形が生じにくい。充填部材の配置範囲が境界１９よりも曲げ内側に限定されることで、少なくとも境界１９よりも曲げ外側の、面外変形が生じにくい境界１９付近の領域に、充填部材５が配置されなくなる。したがって、充填部材５による衝突安全性能の質量効率を維持することができる。他方、図１２９および図１３０を参照すると、曲げ外側よりも曲げ内側の方が大きな面外変形が生じている。そのため、充填部材５を中空部材１０の境界１９よりも曲げ内側に配置することで、曲げ内側で生じる大きな面外変形を効果的に抑制することが可能となる。このようにして、フレーム１の衝突安全性能を高い質量効率で向上させることができる。
＜＜９．実施例＞＞
次に、本発明の実施例について説明する。
＜９．１．第１の実施形態に関する実施例＞
本発明の効果を確認するために、以下で説明する実施例では、レインフォースメントおよび充填部材によるフレームの衝突安全性能の向上効果について検証した。なお、以下の実施例は本発明の効果を検証するために行ったものに過ぎず、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。
本発明者らはレインフォースメントおよび充填部材によるフレームの衝突安全性能の向上効果について検証するために、シミュレーションを用いて、各種フレームの衝突エネルギ吸収量（Energy Absorption；Ｅ．Ａ．（ｋＪ））に対する衝突時のストロークＳｔ（ｍｍ）を算出した。ストロークＳｔとは、図５に示すように、フレーム１の衝突側の端面を起点とする、衝突物体の移動量を示す。つまり、同一のＥ．Ａ．に対してストロークＳｔが短いほど、衝突安全性能が高いと言える。
本実施例におけるサンプルとして、従来のフレーム（参考例１）、本実施形態に係る中空部材１０のみにより構成されるフレーム（比較例１）、本実施形態に係る中空部材１０の内側にレインフォースメント４のみが設けられたフレーム（比較例２）、本実施形態に係る中空部材１０の内側に隙間なく充填部材５のみが設けられたフレーム（比較例３）、および本実施形態に係る中空部材１０の内側にレインフォースメント４および接着して固定された充填部材５が設けられたフレーム（実施例１）を用意した。なお、参考例１、各比較例および実施例１における中空部材１０の内側におけるレインフォースメント４、充填部材５および屈曲部６の配置位置は、図５、図６および図７に示す配置位置と同一である。図５、図６および図７に示す構成から、充填部材５が除かれたものが比較例２であり、レインフォースメント４が除かれたものが比較例３、レインフォースメント４および充填部材５の両方が除かれたものが参考例１および比較例１である。
なお、本実施例において用いられた各フレームの各寸法（図５参照）は、以下の通りである（単位はｍｍ）。
ＬＦＬ＝５００
ＤＦＬ１＝７０
ＤＦＬ２＝９０
ＬＲ＝２４０
ＳＦＬ＝６０
ＬＦＭＡ＝７０
ＬＦＭＢ＝７０
各フレームに関するパラメータは下記表１のとおりである。
Figure 0006908117
また、第１の構造部材、第２の構造部材およびレインフォースメントはいずれも鋼板により形成されている。また、充填部材の材質はポリウレタン（ヤング率＝１００ＭＰａ）である。
各サンプルに係るフレームの長手方向における端部に衝突荷重を入力し、衝突物体のストロークに対するＥ．Ａ．について算出した。また、衝突シミュレーション後の比較例２および実施例１に係るフレームの屈曲部における断面形状について比較を行った。
まず、衝突シミュレーション後の比較例２および実施例１に係るフレームの屈曲部における断面形状について説明する。図９９および図１００は、比較例２および実施例１に係るフレームの屈曲部における断面形状の衝突シミュレーション前後の変化を示す図である。図９９に示すように、比較例２に係るフレーム１のレインフォースメント４の主面部４ａにおいてＸ軸方向に面外変形し、座屈が生じている。また、底壁部２ａ、側壁部２ｂおよび稜線部２ｄにおいてもそれぞれ面外変形が生じている。そのため、中空部材１０の断面形状が大きく変化している。これは、主面部４ａが面外変形することにより、レインフォースメント４による中空部材１０の断面変形の抑制効果が失われたためであると考えられる。
一方、図１００に示すように、実施例１に係るフレーム１のレインフォースメント４の主面部４ａにおいて面外変形は生じていない。また、中空部材１０の断面形状は衝突前後において変化していない。これは、レインフォースメント４に密着して配置された充填部材５Ａによりレインフォースメント４の面外変形を抑制する効果が発揮されているためであると考えられる。したがって、レインフォースメント４による中空部材１０の断面変形の抑制効果が発揮されていると考えられる。
次に、衝突物体のストロークに対するＥ．Ａ．についての算出結果について説明する。図１０１は、各サンプルに係るフレームの、ストロークＳｔに対するＥ．Ａ．を示すグラフである。各サンプルに係るフレームは、Ｅ．Ａ．＝１４ｋＪにおいてほぼ完全に座屈する。また、図１０２は、各サンプルに係るフレームのＥ．Ａ．＝１４ｋＪに対するストロークＳｔ１４ｋＪを示すグラフである。図１０２に示すように、実施例１に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪは、他の比較例に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪよりも小さい。さらに、参考例１と比較すると、実施例１に係るフレームの重量が約３０％低いにもかかわらず、フレームのストロークＳｔ１４ｋＪが同等の水準であることが示された。
また、図１０１に示すように、実施例１に係るフレームのストロークＳｔの増加に対するＥ．Ａ．の増加率が、他の比較例に係るフレームと比較して大きいことが示された。これは、衝突荷重の入力による屈曲部におけるフレームの断面形状が維持されていることにより、断面形状の変化が生じている他のフレームよりも衝突エネルギ吸収量が大きくなるためと考えられる。
図１０３は、比較例１に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪに対する、比較例２、比較例３および実施例１に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪの改善代を示すグラフである。図１０３に示すように、実施例１に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪの改善代は、比較例２に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪの改善代および比較例３に係るフレームのストロークＳｔ１４ｋＪの改善代の和よりも大きい。この結果から、レインフォースメントに対して充填部材を密着して配置させることにより、レインフォースメントによるフレームの断面形状の変化の抑制を、より効果的に実現できることが明らかとなった。
本実施例より、実施例１に係るフレームでは、衝突荷重の入力によるフレームの断面形状の変化を抑制することができる。これにより、軽量化が施されたフレームにおいても、衝突安全性能を確保することが可能となることが示された。
＜９．２．第２の実施形態に関する実施例＞
本発明の効果を確認するために、以下で説明する実施例では、充填部材５によるフレームの衝突安全性能の向上効果について検証した。なお、以下の実施例は本発明の効果を検証するために行ったものに過ぎず、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。また、各実施例に係る充填部材については、特に区別しない限り、「充填部材５」と称して説明する。
本発明者らは充填部材５によるフレームの衝突安全性能の向上効果について検証するために、シミュレーションを用いて、同一の衝突荷重に対する各種フレームの最大荷重Ｌｍａｘ（ｋＮ）を算出した。最大荷重Ｌｍａｘとは、フレーム１に対して衝突荷重Ｆが入力された際のフレーム１に関する荷重−ストローク曲線における最大の荷重値を意味する。つまり、同一の衝突荷重に対して最大荷重Ｌｍａｘが大きいほど、耐荷重性能が高く、すなわち、衝突安全性能が高いと言える。
本実施例においては、図１２に示すフレーム１の屈曲部６Ａおよび６Ｂの内側に充填部材５を所定の部分に密着して配置させ、当該フレーム１の長手方向における端部に対して不図示の衝突体を衝突させた。これにより、衝突荷重Ｆがフレーム１に対して入力される。衝突荷重Ｆの入力後における当該衝突体の最大荷重Ｌｍａｘを各実施例および参考例について解析し、結果について検討した。
まず本実施例の試験条件について示す。本実施例において用いられたフレーム１の各寸法（図１２参照）は、以下の通りである（単位はｍｍ）。
ＬＦＬ＝５００
ＤＦＬ１＝７０
ＤＦＬ２＝９０
ＳＦＬ＝６０
ＬＦＭＡ＝７０
ＬＦＭＢ＝７０
また、第１の構造部材２の板厚は２．０ｍｍであり、第１の構造部材２の強度は７８０ＭＰａである。また、第２の構造部材３の板厚は１．５ｍｍであり、第２の構造部材３の強度は６９０ＭＰａである。また、フレーム１の重量は、３．６３ｋｇである。
各実施例に係る屈曲部６Ａにおける充填部材５の配置は以下の通りである。括弧内の数値は、充填部材５の肉厚および配置位置に関する値である。
実施例１：図１３に示す配置（ａ＝１０ｍｍ、ｂ１＝１５ｍｍ、ｂ２＝１５ｍｍ）
実施例２：図１５に示す配置（ａ＝１０ｍｍ）
実施例３：図１５に示す配置（ａ＝３ｍｍ）
実施例４：図１５に示す配置（ａ＝３０ｍｍ）
実施例５：図１５に示す配置（ａ＝５０ｍｍ）
実施例６：図１６に示す配置（ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２＝１０ｍｍ）
実施例７：図１７に示す配置（ａ、ｃ＝１０ｍｍ）
実施例８：図１８に示す配置（ａ１、ａ２＝１０ｍｍ）
実施例９：図１９に示す配置（ａ＝１０ｍｍ）
実施例１０：図２０に示す配置（ａ１、ａ２、ａ３＝１０ｍｍ）
実施例１〜８に係る充填部材５は底壁部２ａの内面（および稜線部２ｄの内側）に密着して配置されている。一方、屈曲部６Ｂにおいては、当該実施例に係る充填部材５は、Ｘ方向に反転し、天壁部３ａの内面（および稜線部２ｅの内側）に密着して配置されている。例えば、屈曲部６Ｂにおいて、実施例１は図１４の配置になっている。また、実施例９および１０に係る充填部材５は、屈曲部６Ｂにおいても、底壁部２ａおよび天壁部３ａの内面に密着して配置される。
ここで、充填部材５の密度は１７６ｋｇ／ｍ３とし、充填部材５のヤング率および降伏応力は１００ＭＰａおよび２．１ＭＰａとした。
また、参考例においては、フレーム１には充填部材５が設けられない。
表２に、各実施例および参考例に係るフレーム１の総重量および充填部材５の重量を示す。
Figure 0006908117
フレーム１の端部に対して衝突する衝突体の重量は２０１ｋｇとし、フレーム１の端部に衝突する際の当該衝突体の速度は１２ｍ／ｓとした。
各実施例および参考例に係る充填部材５の重量、フレームの最大荷重量Ｌｍａｘ、および荷重改善率ＩＬ（ｋＮ／ｇ）を表３に示す。なお、最大荷重量Ｌｍａｘとは、フレームが衝突荷重に対して耐え得る荷重である。また、荷重改善率ＩＬとは、参考例に係るフレームの最大荷重と、一の例に係るフレームの最大荷重との差を、当該一の例に係るフレームに設けられた充填部材５の重量（ｇ）で除した値である。すなわち、荷重改善率ＩＬは、充填部材５による耐荷重性能の質量効率を示す値である。
Figure 0006908117
実施例１と実施例２とを比較すると、最大荷重量Ｌｍａｘについては同一の結果を示したが、荷重改善率ＩＬについては実施例１の方が良い結果を示した。したがって、充填部材５を底壁部２ａ（天壁部３ａ）の中央部分に配置することにより、耐荷重性能に関する充填部材５の質量効率を向上させることができる。したがって、車両の軽量化をより進めることが可能となる。
実施例２〜５を比較すると、充填部材５の肉厚ａを増加に応じて、最大荷重量Ｌｍａｘおよび荷重改善率ＩＬの双方がより向上する結果が示された。したがって、フレームに要求される衝突安全性能に応じて底壁部２ａ（天壁部３ａ）の内面に配置される充填部材５の充填量を調整することにより、適切な耐荷重性能を確保しつつ、車両の軽量化を達成することができる。
実施例６および８、並びに実施例７および９を比較すると、最大荷重量Ｌｍａｘについて、実施例８および９の方が良い結果を示した。したがって、側壁部２ｂの内面に充填部材５を密着して配置させることにより、単に稜線部２ｄ（２ｅ）の内側に充填部材５を密着して配置させるよりも、フレーム１の耐荷重性をさらに高めることができる。
実施例１０については、高い最大荷重量Ｌｍａｘが得られた。このことから、充填部材５を底壁部２ａ（天壁部３ａ）のみならず、稜線部２ｄ（２ｅ）および側壁部２ｂに連続的に密着して配置することにより、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性を向上させるだけではなく、フレーム１の耐荷重性能もさらに向上させることができる。
以上、上記実施例に示したように、充填部材５を主として底壁部２ａ（天壁部３ａ）の内面に密着して配置することにより、薄肉化されたフレーム１の耐荷重性能を高く維持することが可能である。
＜９．３．第３の実施形態に関する実施例＞
本発明の効果を確認するために、以下で説明する実施例では、充填部材５によるフレームの衝突安全性能の向上効果について検証した。なお、以下の実施例は本発明の効果を検証するために行ったものに過ぎず、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。また、各実施例に係る充填部材については、特に区別しない限り、「充填部材５」と称して説明する。
本発明者らは充填部材５によるフレームの衝突安全性能の向上効果について検証するために、シミュレーションを用いて、同一の衝突エネルギ吸収量（Energy Absorption：Ｅ．Ａ．）に対する各種フレームのストロークＳｔ（ｍｍ）を算出した。ストロークＳｔとは、図２２に示すように、フレーム１の衝突側の端面を起点とする、衝突体の移動量を示す。つまり、同一の衝突エネルギ吸収量に対してストロークＳｔが短いほど、衝突エネルギの吸収特性が高く、すなわち、衝突安全性能が高いと言える。
本実施例においては、図２２に示すフレーム１の屈曲部６Ａおよび６Ｂの内側に充填部材５を所定の部分に密着して配置させ、当該フレーム１の長手方向における端部に対して不図示の衝突体を衝突させた。これにより、衝突荷重Ｆがフレーム１に対して入力される。衝突荷重Ｆの入力後における当該衝突体の最大ストロークＳｔｍａｘを各実施例および参考例について解析し、結果について検討した。
まず本実施例の試験条件について示す。本実施例において用いられたフレーム１の各寸法（図２２参照）は、以下の通りである（単位はｍｍ）。
ＬＦＬ＝５００
ＤＦＬ１＝７０
ＤＦＬ２＝９０
ＳＦＬ＝６０
ＬＦＭＡ＝７０
ＬＦＭＢ＝７０
また、第１の構造部材２の板厚は２．０ｍｍであり、第１の構造部材２の強度は７８０ＭＰａである。また、第２の構造部材３の板厚は１．５ｍｍであり、第２の構造部材３の強度は６９０ＭＰａである。また、フレーム１の重量は、３．６３ｋｇである。
各実施例に係る屈曲部６Ａにおける充填部材５の配置は以下の通りである。括弧内の数値は、充填部材５の肉厚および配置位置に関する値である。
実施例１：図２３に示す配置（ａ＝１０ｍｍ）
実施例２：図２４に示す配置（ａ１、ａ２＝１０ｍｍ）
実施例３：図２５に示す配置（ａ１、ａ２＝１０ｍｍ、ｂ１〜ｂ４＝１５ｍｍ）
実施例４：図２６に示す配置（ａ１〜ａ３＝１０ｍｍ）
実施例５：図２７に示す配置（ａ１、ａ２、ｃ１、ｃ２＝１０ｍｍ）
実施例６：図２８に示す配置（ａ、ｃ＝１０ｍｍ）
実施例７：図２９に示す配置（ａ＝１０ｍｍ）
実施例８：図２９に示す配置（ａ＝３ｍｍ）
実施例９：図２９に示す配置（ａ＝３０ｍｍ）
実施例１０：図２９に示す配置（ａ＝５０ｍｍ）
実施例４〜１０に係る充填部材５は底壁部２ａの内面（および稜線部２ｄの内側）に密着して配置されている。一方、屈曲部６Ｂにおいては、当該実施例に係る充填部材５は、Ｘ方向に反転し、天壁部３ａの内面（および稜線部２ｅの内側）に密着して配置されている。
ここで、充填部材５の密度は１７６ｋｇ／ｍ３とし、充填部材５のヤング率および降伏応力は１００ＭＰａおよび２．１ＭＰａとした。
また、参考例においては、フレーム１には充填部材５が設けられない。
表４に、各実施例および参考例に係るフレーム１の総重量および充填部材５の重量を示す。
Figure 0006908117
フレーム１の端部に対して衝突する衝突体の重量は２０１ｋｇとし、フレーム１の端部に衝突する際の当該衝突体の速度は１２ｍ／ｓとした。
各実施例および参考例に係る充填部材５の重量、フレームに対する衝突体の最大ストロークＳｔｍａｘ、およびストローク改善率ＩＳｔ（ｍｍ／ｇ）を表５に示す。なお、最大ストロークＳｔｍａｘとは、図２２に示すように、フレーム１の衝突側の端面を起点とする、所定のＥ．Ａ．を有する衝突物体がフレーム１に衝突した後のフレーム１の長手方向における最大の移動量を示す。また、ストローク改善率ＩＳｔとは、参考例に係るフレームの最大ストロークと、一の例に係るフレームの最大ストロークとの差を、当該一の例に係るフレームに設けられた充填部材５の重量（ｇ）で除した値である。すなわち、ストローク改善率ＩＳｔは、充填部材５による衝突エネルギの吸収特性の質量効率を示す値である。
Figure 0006908117
また、実施例１と実施例２とを比較すると、最大ストロークＳｔｍａｘについては実施例２の方が良い結果を示したが、ストローク改善率ＩＳｔは同一であった。したがって、フレームに要求される衝突安全性能に応じて側壁部２ｂの内面に配置される充填部材５の充填量を調整することにより、適切な衝突エネルギの吸収特性を確保しつつ、車両の軽量化を達成することができる。
また、実施例１と実施例３とを比較すると、実施例１の方が充填部材５の重量が小さく、かつ、最大ストロークＳｔｍａｘが小さいという結果が得られた。また、実施例５および６に示すように、稜線部２ｄの内側にのみ配置させる場合においても、高いストローク改善率Ｉｓｔが得られた。このことから、充填部材５を稜線部２ｄ（２ｅ）の内側に密着して配置することにより、フレーム１の衝突エネルギの吸収特性をより効果的に向上させることができることが示された。
また、実施例４については、最も低い最大ストロークＳｔｍａｘが得られた。このことから、フレーム１の衝突安全性能を最大限高めるためには、充填部材５を側壁部２ｂの内面のみならず、底壁部２ａ（天壁部３ａ）の内面、および稜線部２ｄ（２ｅ）の内側に密着して配置することが好ましいことが示された。
また、実施例７、９および１０と実施例６とを比較すると、最大ストロークＳｔｍａｘについて、実施例７、９および１０の方が良い結果を示した。したがって、底壁部２ａ（天壁部３ａ）の内面に充填部材５を密着して配置させることにより、単に稜線部２ｄ（２ｅ）の内側に充填部材５を密着して配置させるよりも、衝突時のストロークをさらに減少させることができる。
以上、上記実施例に示したように、充填部材５を主として側壁部２ｂの内面に密着して配置することにより、薄肉化されたフレーム１の衝突エネルギの吸収特性を高く維持することが可能である。
＜９．４．第４の実施形態に関する実施例＞
本発明の効果を確認するために、以下で説明する実施例では、上記実施形態に係る充填部材（例えば、樹脂材）の中空部材（例えば、金属部材）に対する密着性の向上効果について検証した。なお、以下の実施例は本発明の効果を検証するために行ったものに過ぎず、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。
本発明者らは、充填部材の中空部材に対する密着性の向上効果について検証するために、十字引張試験によるＣＴＳ（Cross Tension Strength：十字剥離強さ）を評価した。より詳細には、本試験では、実施例および比較例ごとに十字引張試験片を準備し、これらについて引張試験を行い、その継手強度であるＣＴＳを評価した。継手強度の大小が、充填部材の中空部材に対する密着性の大小に対応する。
図１０４は、実施例１および実施例２に係る十字引張試験に用いられるサンプルの構成を示す上面図である。また、図１０５は、実施例１に係るサンプルの構成を示す側方断面図である。図１０４および図１０５に示すように、実施例１に係るサンプルは、第１試験片１０１および第２試験片１０２との間に充填部材５０を充填して硬化させることにより第１試験片１０１および第２試験片１０２を接合した、十字引張試験片である。また、第１試験片１０１および第２試験片１０２の中心には、壁穴１０３、１０４が設けられている。壁穴１０３、１０４の直径は、それぞれ２２ｍｍである。
充填部材５０の一部は、かかる壁穴１０３、１０４から膨出し、第１試験片１０１および第２試験片１０２の外壁面に密着する第２充填部分５２となる。また、第１試験片１０１および第２試験片の内壁面に密着する第１充填部分５１と第２充填部分５２とは、壁穴１０３、１０４に密着して設けられる第３充填部分５３により接続される。すなわち、充填部材５０は、第１試験片１０１および第２試験片１０２に、接着力により、および機械的に係止されて接合された状態である。
図１０６は、実施例２に係るサンプルの構成を示す側方断面図である。図１０６に示すように、実施例２に係るサンプルは、第１試験片２０１および第２試験片２０２との間に充填部材５０を充填して硬化させることにより第１試験片２０１および第２試験片２０２を接合した、十字引張試験片である。また、実施例１と同様に、実施例２に係る第１試験片２０１および第２試験片２０２の中心には、壁穴２０３、２０４が設けられている。壁穴２０３、２０４にはバーリング加工が施されており、壁穴２０３、２０４の穴縁端は、互いに対向する方向に突出している。壁穴２０３、２０４のバーリング加工後の直径は、それぞれ２２ｍｍである。
充填部材５０の一部は、かかる壁穴２０３、２０４から膨出し、第１試験片２０１および第２試験片２０２の外壁面に密着する第２充填部分５２となる。また、第１試験片２０１および第２試験片の内壁面に密着する第１充填部分５１と第２充填部分５２とは、壁穴２０３、２０４に密着して設けられる第３充填部分５３により接続される。すなわち、充填部材５０は、第１試験片２０１および第２試験片２０２に、接着力により、および機械的に係止されて接合された状態である。
図１０７は、比較例に係るサンプルの構成を示す側方断面図である。図１０７に示すように、比較例に係るサンプルは、第１試験片９３１および第２試験片９３２との間に充填部材５０を充填して硬化させることにより第１試験片９３１および第２試験片９３２を接合した、十字引張試験片である。なお、比較例に係る第１試験片９３１および第２試験片９３２の中心には、壁穴は設けられていない。したがって、充填部材５０は、第１試験片９３１および第２試験片９３２に接着力のみにより接合された状態である。
各実施例および比較例に用いた第１試験片、第２試験片および充填部材の特性およびサイズは以下の通りである。
−第１試験片、第２試験片
引張強度：１１８０ＭＰａ
サイズ ：幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１．４ｍｍ
表面処理：合金化溶融亜鉛めっき
−充填部材
材質：ポリウレタン
厚さ：１０ｍｍ
また、各実施例および比較例の第１試験片および第２試験片の両端側には、引張試験時にこれらを引張方向に引っ張るための治具を固定するための固定穴（直径２０ｍｍ）が設けられている。
十字引張試験では、各実施例および比較例に係るサンプルを１ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張り、最大荷重（Ｎ）を計測した。なお、各実施例および比較例に係るサンプル数はそれぞれ２とした。
図１０８は、十字引張試験により計測された各サンプルの最大荷重を示すグラフである。なお、実施例１−１および実施例１−２のグラフは実施例１に係るサンプルの試験結果の各々を示す。また、実施例２−１および２−２のグラフは実施例２に係るサンプルの試験結果の各々を示す。また、比較例１および比較例２のグラフは比較例に係るサンプルの試験結果の各々を示す。
図１０８に示すように、実施例１および実施例２に係るサンプルの最大荷重は、比較例に係るサンプルの最大荷重よりも顕著に大きいことが示された。この結果から、充填部材を中空部材に相当する試験片に単に接着させるよりも、充填部材を当該試験片の両面に密着させて当該試験片に係止させることで、試験片に高負荷が与えられても、充填部材が試験片に密着した状態を維持することができることが示された。
また、実施例１と実施例２とを比較すると、実施例２に係るサンプルの最大荷重が実施例１に係るサンプルの最大荷重よりも大きいことが示された。この結果から、バーリング加工された壁穴の穴縁端に充填部材が食い込まれるように設けられることで、試験片と充填部材との継手強度をより高くすることができることが示された。
以上、上記実施例に示したように、充填部材を中空部材に相当する試験片に設けられた穴に貫通させて当該試験片の両面に密着させることで、試験片に高負荷が与えられても、充填部材は試験片から容易に脱落しにくくなる。このことから、壁穴を介して充填部材を中空部材に係止する構成とすることにより、充填部材を中空部材に密着した状態を維持させることが可能となる。すなわち、衝突荷重により中空部材に面外変形を生じさせ得る負荷が与えられても、充填部材が車両用構造部材の衝突安全性能に安定して貢献することが可能である。
＜９．５．充填部材の配置範囲に関する実施例＞
本発明の効果を確認するために、以下で説明する実施例では、充填部材５によるフレームの衝突安全性能の向上効果について検証した。なお、以下の実施例は本発明の効果を検証するために行ったものに過ぎず、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。また、各実施例に係る充填部材については、特に区別しない限り、「充填部材５」と称して説明する。
本発明者らは充填部材によるフレームの衝突安全性能の向上効果について検証するために、シミュレーションを用いて、同一のストロークＳｔ（ｍｍ）に対する各種フレームのエネルギ吸収量（Energy Absorption；Ｅ．Ａ．（ｋＪ））を算出した。ストロークＳｔとは、図１０９に示す、フレーム１の衝突側の端面を起点とする、衝突体の移動量を示す。つまり、同一のストロークＳｔに対するＥ．Ａ．が高いほど、衝突安全性能が高いと言える。
図１０９は、一実施形態に係る実施例のシミュレーション設定を説明するための図である。図１０９に示すように、本実施例に係るフレーム１は、ハット型の断面形状の第１の構造部材２と板状の第２の構造部材３とから成り、閉断面形状を有する。更に、フレーム１は、内部にレインフォースメント４を有する。また、底壁部２ａの一領域６９に曲げ誘起部が設けられている。各々の実施例では、フレーム１の曲げ誘起部が設けられた領域６９の内面に密着して、充填部材５が配置される。図１０９に示した延出長ＬＰは、充填部材５のうち曲げ誘起部の端部を曲げ誘起部の長手方向（Ｙ軸方向）の外側に延出する部分の長さである。本シミュレーションでは、長手方向前後の各々の延出長ＬＰは同値であるものとした。
第１の構造部材２、第２の構造部材３およびレインフォースメント４は、いずれも鋼板により形成されている。第１の構造部材２の板厚は１．４ｍｍであり、第１の構造部材２の強度は１１８０ＭＰａである。第２の構造部材３の板厚は１．４ｍｍであり、第２の構造部材３の強度は１１８０ＭＰａである。レインフォースメント４の板厚は０．５ｍｍであり、レインフォースメント４の強度は２７０ＭＰａである。充填部材５のヤング率は１００ＭＰａであり、降伏応力は２．１ＭＰａである。また、中空部材１０の断面高さＨは、７２ｍｍである。
なお、各実施例および各参考例において用いられた曲げ誘起部の種類、および延出長ＬＰは、以下の通りである（寸法の単位はｍｍ）。
実施例１：凹部、ＬＰ＝０
実施例２：凹部、ＬＰ＝９
実施例３：凹部、ＬＰ＝１８
実施例４：凹部、ＬＰ＝３６（断面高さＨの２分の１に相当）
実施例５：凹部、ＬＰ＝９３
実施例６：板厚変化部、ＬＰ＝０
実施例７：板厚変化部、ＬＰ＝９
実施例８：板厚変化部、ＬＰ＝１８
実施例９：板厚変化部、ＬＰ＝３６（断面高さＨの２分の１に相当）
実施例１０：板厚変化部、ＬＰ＝９３
参考例１：凹部、充填部材なし
参考例２：板厚変化部、充填部材なし
本発明者らは、各実施例および各参考例に係るフレームの長手方向における両端部を固定して、５００ｍｍ／ｓの等速で４０ｍｍストロークの圧縮曲げを付与した。そして、各実施例および各参考例における、ストロークに対するＥ．Ａ．について算出した。また、シミュレーションによる変形前後の各実施例および各参考例に係るフレーム１の図１０９に示したＸＶ−ＸＶ切断線における断面形状について比較を行った。
図１１０は、実施例１〜実施例５および参考例１の変形前後の断面図の一覧表を示す図である。図１１０では、上段左から右にかけて順に、参考例１、実施例１および実施例２の変形前後の断面図が示されており、下段左から右にかけて順に、実施例３、実施例３および実施例５の変形前後の断面図が示されている。代表として、実施例２の変形前のフレーム１の断面図にのみ符号が付されている。
図１１１は、実施例１〜実施例５および参考例１の、参考例１のエネルギ吸収量を１とした場合のエネルギ吸収量の比率である吸収エネルギ比を示すグラフである。本グラフの横軸は延出長ＬＰであり、縦軸は吸収エネルギ比である。グラフにおける各プロットは、左から順に実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、および実施例５に相当する。
図１１１を参照すると、実施例１〜実施例５の吸収エネルギ比は１を超えている。したがって、充填部材５を配置することによりエネルギ吸収量が向上し、衝突安全性能は向上する。
実施例１と実施例２〜実施例５とを比較すると、実施例２〜実施例５の吸収エネルギ比は、実施例１の吸収エネルギ比よりも大きい。したがって、充填部材５が曲げ誘起部のみに配置されるよりも、充填部材５が曲げ誘起部の長手方向両側の周辺部分を覆うように配置される方が、吸収エネルギ比は大きくなり、衝突安全性能は向上する。
実施例１と実施例２、実施例２と実施例３、実施例３と実施例４、の各々を比較すると、延出長ＬＰが長くなるほど吸収エネルギ比が増加している。したがって、延出長ＬＰが長いほど、エネルギ吸収量が増加し、衝突安全性能を向上させることができる。
実施例４と実施例５とを比較すると、延出長ＬＰが増加しても吸収エネルギ比は増加していない。実施例４における延出長ＬＰは、中空部材１０の断面高さＨの２分の１に相当する。したがって、延出長ＬＰが中空部材１０の断面高さＨの２分の１を超えると、延出長ＬＰを長くしても衝突安全性能は向上しない。この点、延出長ＬＰが中空部材１０の断面高さＨの２分の１となる範囲内に充填部材５を配置することにより、衝突安全性能の向上に寄与しない無駄な充填部材５を配置しなくてすむ。したがって、延出長ＬＰが中空部材１０の断面高さＨの２分の１となる範囲内に充填部材５を配置することにより、高い質量効率で衝突安全性能を向上させることができる。
図１１２は、実施例６〜実施例１０および参考例２の変形前後の断面図の一覧表を示す図である。図１１２では、上段左から右にかけて順に、参考例２、実施例６および実施例７の変形前後の断面図が示されており、下段左から右にかけて順に、実施例８、実施例９および実施例１０の変形前後の断面図が示されている。代表として、実施例７の変形前のフレーム１の断面図にのみ符号が付されている。
図１１３は、実施例６〜実施例１０および参考例２の、参考例２のエネルギ吸収量を１とした場合のエネルギ吸収量の比率である吸収エネルギ比を示すグラフである。本グラフの横軸は延出長ＬＰであり、縦軸は吸収エネルギ比である。グラフにおける各プロットは、左から順に実施例６、実施例７、実施例８、実施例９、および実施例１０に相当する。
図１１３を参照すると、実施例６〜実施例１０の吸収エネルギ比は１を超えている。したがって、充填部材５を配置することによりエネルギ吸収量が向上し、衝突安全性能は向上する。
実施例６と実施例７〜実施例１０とを比較すると、実施例７〜実施例１０の吸収エネルギ比は、実施例６の吸収エネルギ比よりも大きい。したがって、充填部材５が曲げ誘起部のみに配置されるよりも、充填部材５が曲げ誘起部の長手方向両側の周辺部分を覆うように配置される方が、吸収エネルギ比は大きくなり、衝突安全性能は向上する。
実施例６と実施例７、実施例７と実施例８、実施例８と実施例９、の各々を比較すると、延出長ＬＰが長くなるほど吸収エネルギ比が増加している。したがって、延出長ＬＰが長いほど、エネルギ吸収量が増加し、衝突安全性能を向上させることができる。
実施例９と実施例１０とを比較すると、延出長ＬＰが増加しても吸収エネルギ比は増加していない。実施例９における延出長ＬＰは、中空部材１０の断面高さＨの２分の１に相当する。したがって、延出長ＬＰが中空部材１０の断面高さＨの２分の１を超えると、延出長ＬＰを長くしても衝突安全性能は向上しない。この点、延出長ＬＰが中空部材１０の断面高さＨの２分の１となる範囲内に充填部材５を配置することにより、衝突安全性能の向上に寄与しない無駄な充填部材５を配置しなくてすむ。したがって、延出長ＬＰが中空部材１０の断面高さＨの２分の１となる範囲内に充填部材５を配置することにより、高い質量効率で衝突安全性能を向上させることができる。
以上、上記実施例に示したように、充填部材５を曲げ誘起部の長手方向両側の周辺部分を覆うように配置することにより、衝突安全性能を向上させることができる。さらに、延出長ＬＰが中空部材１０の断面高さＨの２分の１となる範囲内に充填部材５を配置することにより、高い質量効率で衝突安全性能を向上させることができる。
＜９．６．全塑性モーメント変化部に関する実施例＞
以下の実施例では、曲げ誘起部として機能する全塑性モーメント変化部について検証した。全塑性モーメント変化部が曲げ誘起部として機能するとは、全塑性モーメント変化部において曲げ変形が誘起されることを指す。なお、以下の実施例は、曲げ誘起部として機能する全塑性モーメント変化部を検証するために行ったものに過ぎず、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。
本発明者らは、曲げ誘起部として機能する全塑性モーメント変化部について検証するために、シミュレーションを用いて、強度変化部における全塑性モーメントの変化度合いが異なる複数の中空部材に曲げ変形を生じさせた。そして、本発明者らは、強度変化部の位置と曲げ変形が生じた位置との関係が、強度変化部における全塑性モーメントの変化度合いに応じてどのように変わるかを検証した。
以下、図１１４及び図１１５を参照しながら、本実施例のシミュレーション設定を説明する。
図１１４は、一実施形態に係る実施例の中空部材の平面図である。本実施例に係る中空部材８１０は、ハット型の断面形状の第１の構造部材８１２と板状の第２の構造部材８１３とから成り、閉断面形状を有する。図１１４では、第１の構造部材８１２は、第２の構造部材８１３のＸ軸方向奥側に、すなわち第２の構造部材８１３の裏側に隠れて位置し、ハット型の断面形状の開口部分はＸ軸方向手前側を向いている。第２の構造部材８１３は、Ｘ軸方向手前側に位置し、Ｚ軸方向を短手方向とし、Ｙ軸方向を長手方向としている。第１の構造部材８１２のＺ軸方向の両端部は、第２の構造部材８１３のＺ軸方向の両端部と当接しており、当該当接部分において第１の構造部材８１２と第２の構造部材８１３とが接合されている。図１１４に示すように、中空部材１０は、第１強度部８１４および第２強度部８１５を備える。第１強度部８１４は、中空部材１０の長手方向の左端８１０ａ側に設けられる。第２強度部８１５は、中空部材１０の長手方向の右端８１０ｂ側に、第１強度部８１４と連続して設けられる。第１強度部８１４と第２強度部８１５との間で鋼板の降伏強度が異なる場合、第１強度部８１４と第２強度部８１５との境目の部分が強度変化部８１６となる。この強度変化部８１６において中空部材１０の長手方向での降伏強度が変化する。
図１１５は、各実施例及び参考例に係る中空部材８１０の全塑性モーメント比率の長手方向の変化を示すグラフである。図１１５では、中空部材８１０の左端８１０ａを基準（すなわち、１．０）として、左端８１０ａから右端８１０ｂにかけての全塑性モーメント比率の変化が示されている。全塑性モーメント比率は、対象箇所の全塑性モーメントの値を、全塑性モーメントの基準値で除算することにより、算出される。図１１５では、中空部材８１０の左端８１０ａの全塑性モーメントの値を基準値として、全塑性モーメント比率が算出される。全塑性モーメント比率が１．０から変化する位置が、強度変化部８１６の位置である。図１１５に示すように、参考例では、中空部材８１０の長手方向の位置に関わらず、全塑性モーメント比率が変化しない。すなわち、参考例では、第１強度部８１４と第２強度部８１５とで全塑性モーメントが同一である。これに対し、実施例１では、中空部材８１０の左端８１０ａ側と右端８１０ｂ側の間で全塑性モーメント比率が段階的に変化しており、右端８１０ｂ側の全塑性モーメント比率は０．９である。実施例２では、中空部材８１０の左端８１０ａ側と右端８１０ｂ側の間で全塑性モーメント比率が段階的に変化しており、右端８１０ｂ側の全塑性モーメント比率は０．９５である。実施例３では、中空部材８１０の左端８１０ａ側と右端８１０ｂ側の間で全塑性モーメント比率が段階的に変化しており、右端８１０ｂ側の全塑性モーメント比率は約１．１１である。
ここで、強度変化部８１６の全塑性モーメント比率を定義する。強度変化部８１６の全塑性モーメント比率は、強度変化部８１６における変化前後の全塑性モーメントの値のうち、小さい方の値を、大きい方の値で除算することにより、算出される。かかる定義によれば、各実施例および参考例の、強度変化部８１６の全塑性モーメント比率は、以下の通りである。
参考例：１．０
実施例１：０．９０
実施例２：０．９５
実施例３：０．９０
本発明者らは、各実施例および参考例に係る中空部材８１０の長手方向における両端部８１０ａおよび８１０ｂに、互いに対向する方向に衝突荷重Ｆを入力することで、中空部材８１０を長手方向に圧縮し、曲げ変形を生じさせた。以下、図１１６〜図１２０を参照しながら、シミュレーション結果を説明する。
図１１６は、参考例に係る中空部材８１０Ａの曲げ変形が生じた領域を示す図である。図１１６に示すように、曲げ変形は、中空部材８１０Ａの右端８１０ｂに近い位置にある領域８１７Ａにおいて生じている。図１１７は、実施例１に係る中空部材８１０Ｂの曲げ変形が生じた領域を示す図である。図１１７に示すように、曲げ変形は、中空部材８１０Ｂの強度変化部８１６に近い位置にある領域８１７Ｂにおいて生じている。図１１８は、実施例２に係る中空部材８１０Ｃの曲げ変形が生じた領域を示す図である。図１１８に示すように、曲げ変形は、中空部材８１０Ｃの右端８１０ｂに近い位置にある領域８１７Ｃにおいて生じている。図１１９は、実施例３に係る中空部材８１０Ｄの曲げ変形が生じた領域を示す図である。図１１９に示すように、曲げ変形は、中空部材８１０Ｄの強度変化部８１６に近い位置にある領域８１７Ｄにおいて生じている。
図１２０は、各実施例及び参考例に係る中空部材８１０の全塑性モーメント比率の長手方向の変化および曲げ変形が生じた位置を示すグラフである。図１２０に示すように、実施例１および実施例３では、全塑性モーメント比率が１．０から変化する位置（すなわち、強度変化部８１６の位置）付近の位置にある領域８１７Ｂおよび８１７Ｄにおいて曲げ変形が生じている。このことから、実施例１および実施例３では、強度変化部８１６が曲げ誘起部として機能していることが分かる。一方で、実施例２では、全塑性モーメント比率が１．０から変化する位置から離れた位置にある領域８１７Ｃにおいて曲げ変形が生じている。このことから、実施例２では、強度変化部８１６が曲げ誘起部として機能していないことが分かる。また、参考例では、全塑性モーメント比率は１．０のまま変化せず、実施例２と同様の位置にある領域８１７Ａにおいて曲げ変形が生じている。つまり、強度変化部８１６の全塑性モーメント比率が０．９５以上の場合、強度変化部８１６が曲げ誘起部として機能しない。一方で、強度変化部８１６の全塑性モーメント比率が０．９の場合、強度変化部８１６が曲げ誘起部として機能する。このことから、強度変化部８１６の全塑性モーメント比率が０．９以下である場合に、強度変化部８１６を曲げ誘起部として機能させることができる、と言える。
以上、上記実施例に示したように、強度変化部８１６の全塑性モーメント比率が０．９以下である場合に、全塑性モーメント変化部を曲げ誘起部として機能させることができる。換言すると、変化前後で全塑性モーメントの値が１０％以上減少する全塑性モーメント変化部は、曲げ誘起部として機能することができる。
＜９．７．充填部材のヤング率に関する実施例＞
以下の実施例では、フレームの衝突安全性能を十分に向上させることが可能な充填部材のヤング率について検証した。なお、以下の実施例は、充填部材のヤング率を検証するために行ったものに過ぎず、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。
本発明者らは、フレームの衝突安全性能を十分に向上させることが可能な充填部材のヤング率について検証するために、シミュレーションを用いて、充填部材のヤング率が異なる複数のフレームに衝突荷重を付与し、反力及びストロークを算出した。以下、図１２１〜図１２５、および表６を参照しながら、本実施例のシミュレーション設定を説明する。
図１２１は、一実施形態に係る実施例のフレームの側面図である。本実施例に係るフレーム８２０は、ハット型の断面形状の第１の構造部材８２２と板状の第２の構造部材８２３とから成り、閉断面形状を有する。図１２１では、第１の構造部材８２２のハット型の断面形状の開口部分はＸ軸方向−側を向いている。第２の構造部材８２３は、Ｚ軸方向を短手方向とし、Ｙ軸方向を長手方向としている。第１の構造部材８２２のＺ軸方向の両端部は、第２の構造部材８２３のＺ軸方向の両端部と当接しており、当該当接部分において第１の構造部材８２２と第２の構造部材８２３とが接合されている。図１２１に示すように、フレーム８２０は、長手方向（Ｙ軸方向）に湾曲する屈曲部８２６Ａおよび８２６Ｂが設けられている。屈曲部８２６Ａおよび８２６Ｂは、フレーム８２０の曲げ誘起部である。フレーム８２０の長手方向の長さは５００[ｍｍ]である。なお、フレーム８２０は、レインフォースメントを備えていない。
図１２２は、図１２１に示したフレーム８２０の平面図である。図１２３は、図１２２に示したフレーム８２０のＡ１−Ａ１切断線における断面図である。図１２４は、図１２２に示したフレーム８２０のＡ２−Ａ２切断線における断面図である。図１２３および図１２４に示すように、フレーム８２０の内側には、充填部材８２５が隙間なく配置されている。また、充填部材８２５は、フレーム８２０の内面に接着されている。フレーム８２０の断面高さは、第１の構造部材８２２の底壁部８２２ａと第２の構造部材８２３の天壁部８２３ａとの距離として定義される。図１２３に示すように、Ａ１−Ａ１切断線における断面の断面高さは、７０[ｍｍ]である。図１２４に示すように、Ａ２−Ａ２切断線における断面の断面高さは、１１０[ｍｍ]である。
下記の表６に、参考例および各実施例の、第１の構造部材８２２および第２の構造部材８２３の板厚、充填部材８２５の密度、ヤング率および降伏応力、ならびにフレーム８２０の総重量（天板８２１を除く）および充填部材８２５の重量を示す。表６に示すように、参考例には充填部材８２５が配置されていない。また、各実施例の充填部材８２５のヤング率は、実施例１では１０ＭＰａ、実施例２では２０ＭＰａ、実施例３では４０ＭＰａ、実施例４では１００ＭＰａである。なお、本実施例に係る充填部材８２５の密度と、降伏応力およびヤング率との関係は、図１２５に示すグラフの通りである。
Figure 0006908117
本発明者らは、各実施例および参考例に係るフレームの長手方向における一方端部（Ｙ軸方向＋側）を固定して、もう一方端部（Ｙ軸方向−側）からフレームに、図１２１および図１２２に示す蓋状の天板８２１を、初速１２[ｍ／ｓ]で衝突させた。そして、本発明者らは、各実施例および参考例における、変形挙動を観察し、反力及びストロークを算出した。以下、図１２６〜図１２８を参照しながら、シミュレーション結果を説明する。
図１２６は、各実施例および参考例の変形挙動の一覧を示す図である。図１２６では、上段から下段にかけて順に、参考例、実施例１、実施例２、実施例３および実施例４の変形挙動が示されている。各段の左側はフレーム８２０の変形後の様子が示されており、右側はフレーム８２０のひずみ量の分布が示されている。図１２６の各段左側に示された、各実施例および参考例に係るフレーム８２０の変形後の様子をみると、充填部材８２５のヤング率が高いほど、大きく変形している。図１２６の各段右側に示された、各実施例および参考例に係るフレーム８２０のひずみ量をみると、充填部材８２５のヤング率が高いほど、変形する領域が広く、且つひずみ量が大きくなっている。これらから、充填部材８２５のヤング率が高いほど、フレーム８２０は、より広い領域で変形していることが分かる。フレーム８２０は、衝突エネルギを変形エネルギとして変形することで、衝突エネルギを吸収する。つまり、充填部材８２５のヤング率が高いほど、フレーム８２０は、より多くの領域に分散して衝突エネルギを吸収している。したがって、充填部材８２５のヤング率が高くなるほど、衝突エネルギが一点に集中しにくくし、座屈を生じにくくすることができる。また、いずれもＺ字状に変形しており、充填部材８２５による変形モードの大きな変化はないことが分かる。
図１２７は、各実施例および参考例の変形時の反力及びストロークを示すグラフである。各実施例および参考例のいずれの場合も、ストロークがゼロ付近である始めは反力が最も高く、ストロークが増加するにつれて反力が増減しながら小さくなっていく。その後、反力が一時的に増加した後、反力が急減しゼロになる。また、各実施例および参考例のいずれの場合も、反力が急減するタイミングでストロークが減少し始め、一部の変形が元に戻る。各実施例および参考例の各々のグラフを比較すると、充填部材８２５のヤング率が高いほど、同一のストロークにおける反力が高い。つまり、フレーム８２０は、充填部材８２５のヤング率が高いほど、粘り強く変形することができる。また、各実施例および参考例の各々のグラフを比較すると、充填部材８２５のヤング率が高いほど、最終的なストロークが短い。つまり、フレーム８２０は、充填部材８２５のヤング率が高いほど、短いストロークで衝突エネルギを吸収することができる。
図１２８は、各実施例および参考例の衝突エネルギ吸収量（Energy Absorption；Ｅ．Ａ．（ｋＪ））を示すグラフである。図１２８では、左から右にかけて順に、参考例、実施例１、実施例２、実施例３および実施例４のＥ．Ａ．が示されている。Ｅ．Ａ．の向上率は、算出対象のＥ．Ａ．の値を、基準とするＥ．Ａ．の値で除算することで、算出されるものとする。参考例を基準としたＥ．Ａ．の向上率は、実施例１が６％であり、実施例２が１５％であり、実施例３が３１％であり、実施例４が６５％である。このように、充填部材８２５のヤング率が高いほど、Ｅ．Ａ．は向上する。フレームが十分な衝突安全性能を発揮するためには、Ｅ．Ａ．の向上率は１０％以上であることが好ましい。つまり、充填部材８２５のヤング率は、２０ＭＰａ以上であることが好ましい。
以上、上記実施例に示したように、充填部材のヤング率が高いほど、座屈が生じにくくなり、粘り強く変形し、且つ短いストロークで衝突エネルギを吸収することができる。すなわち、充填部材のヤング率が高いほど、フレームの衝突安全性能は向上する。また、充填部材のヤング率が２０ＭＰａ以上であれば、フレームは十分な衝突安全性能を発揮することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１、１００ フレーム
２ 第１の構造部材
２ａ 底壁部
２ｂ 側壁部
２ｃ フランジ部
２ｄ、２ｅ 稜線部
３、３０ 第２の構造部材
３ａ 天壁部
３０ａ 底壁部
３０ｂ 側壁部
３ｃ、３０ｃ 接合部
４ レインフォースメント
４ａ 主面部
４ｂ 接合部
５ 充填部材
６ 屈曲部（曲げ誘起部）
９ 第３の構造部材
１０、１１０ 中空部材
２０ 壁部
２１ 壁穴
２２ 穴縁端
５１ 第１充填部分
５２ 第２充填部分
５３ 第３充填部分
６０、６４ 穴部
６１ 凹部
６２ 凸部
６３ 異強度部

Claims (17)

  1. 長手方向の一部に曲げ誘起部を有する、中空の金属部材と、
    ヤング率２０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下の樹脂からなり、前記金属部材に密着して荷重入力時に前記曲げ誘起部により誘起され曲げ内側となる前記曲げ誘起部に配置された樹脂材と、
    を備え、
    前記曲げ誘起部から前記樹脂材の前記長手方向の端部までの距離が、前記金属部材の断面高さの２分の１以下となる範囲内で、前記樹脂材は、前記曲げ誘起部、及び前記曲げ誘起部の前記長手方向両側の周辺部分を覆うように配置され、
    前記樹脂材は、前記金属部材の断面において、前記断面の重心から前記曲げ誘起部に向かう方向で定義される前記断面の高さ方向で前記断面を２等分する境界より前記曲げ誘起部のある側に配置される、
    中空の部材。
  2. 前記金属部材は、底壁部と、前記底壁部の両端から起立した一対の側壁部と、前記底壁部に対向する天壁部とを有し、前記底壁部、前記一対の側壁部および前記天壁部により閉断面を形成する、請求項１に記載の中空の部材。
  3. 前記樹脂材は、前記底壁部又は前記天壁部の少なくともいずれかの内面に密着して配置される、請求項２に記載の中空の部材。
  4. 前記樹脂材は、前記一対の側壁部の少なくともいずれかの内面に密着して配置される、請求項２又は３に記載の中空の部材。
  5. 前記金属部材の内側において前記金属部材を形成する第１の金属板と接合して第２の金属板が配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の中空の部材。
  6. 前記樹脂材は、前記第２の金属板に密着して配置される、請求項５に記載の中空の部材。
  7. 前記金属部材を形成する第１の金属板は穴部を有し、前記樹脂材は発泡樹脂からなり、前記樹脂材は前記穴部を貫通して前記第１の金属板の外面と内面の両面に密着して配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の中空の部材。
  8. 前記穴部の穴縁端は、前記金属部材を形成する第１の金属板よりも前記金属部材の内方に位置する、請求項７に記載の中空の部材。
  9. 前記穴部は、前記金属部材を形成する第１の金属板の外側から内側に向かって前記穴部の穴縁端が突出するバーリング穴である、請求項８に記載の中空の部材。
  10. 前記穴部には、前記金属部材を形成する第１の金属板よりも前記金属部材の内方に窪んだ窪み部が設けられ、
    前記穴部は、前記窪み部の内部に設けられる、請求項７〜９のいずれか一項に記載の中空の部材。
  11. 前記曲げ誘起部は、前記金属部材の全塑性モーメントが前記長手方向で変化する部分である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の中空の部材。
  12. 前記曲げ誘起部は、前記金属部材の断面の重心により形成される前記長手方向に沿った前記重心の軌跡の曲率半径が２６０ｍｍ以下である部分である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の中空の部材。
  13. 前記曲げ誘起部は、板厚変化部である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の中空の部材。
  14. 前記曲げ誘起部は、凹部が設けられた部分である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の中空の部材。
  15. 前記曲げ誘起部は、凸部が設けられた部分である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の中空の部材。
  16. 前記曲げ誘起部は、穴部が設けられた部分である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の中空の部材。
  17. 前記樹脂材は、前記曲げ誘起部の一部に配置され、前記曲げ誘起部の他の一部に配置されない、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の中空の部材。
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